Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације

Transcript

1 Универзитет у Београду Машински факултет Мр Андрија М. Вујичић, дипл.инж.маш. Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације докторска дисертација Београд, 2016.

2 University of Belgrade Faculty of mechanical engineering Andrija M. Vujičić Environmental Impacts of Life Cycle Stages of Cargo-Handling Equipment Doctoral Dissertation Belgrade, 2016

3 Комисија за преглед и одбрану: Ментор: Проф. др Ненад Зрнић, Машински факултет у Београду Чланови Комисије: Проф. др Милосав Огњановић, Машински факултет у Београду Проф. др Срђан Бошњак, Машински факултет у Београду Доц. др Влада Гашић, Машински факултет у Београду Проф. др Бранислав Драговић, Универзитет Црне Горе, Факултет за поморство Датум одбране:

4 Мом Оцу

5 ПРЕДГОВОР Ова докторска дисертације је резултат вишегодишњег рада и интересовања за методологију процене животног циклуса и истраживања могућности њене примене на машине лучко-контејнерске механизације. У њој су обједињена искуства Катедре за механизацију из области машина прекидног транспорта и Екодизајна. Дисертација не би угледала светлост дана без подршке и смерница ментора професора др Ненада Ђ. Зрнића, коме се овом приликом бескрајно захваљујем. Посебно се захваљујем се проф. др Милисаву Огњановићу на сугестијама и предлозима који су допринели унапређењу и садржајности дисертације. Захваљујем се проф. др Браниславу Драговићу на несебичној подели богатог искуства из поморске индустрије и члановима Комисије проф. др Срђану Бошњаку и доц. др Влади Гашићу. Такође се захваљујем проф. Бранку Стојановићу, на исправкама које су језички унапредиле дисертацију. Дубоку захвалност дугујем проф. др Зорану Петковићу на суптилним, готово животним саветима и правовременом указивању на недовољно истражену област одрживог развоја. Захваљујем се Бојани, Мили и Лазару што свему дају смисао. Београд, 18. март Андрија М. Вујичић

6 Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације Резиме У дисертацији су анализирани еколошки ефекти фаза животног циклуса логистичког пара машина лучке-контејнерске механизације применом методе процене животног циклуса (LCA). За испитивање изабране су две најзаступљеније машине на лучком-контејнерском терминалу: РТГ дизалица и терминалски трактор. Методом LCA извршена је упоредна анализа еколошке ефикасности савремених модела хибридне и електричне РТГ дизалица са конвенционалном дизел РТГдизалицом. Коришћењем наведене методе извршена је и упоредна анализа еколошке ефикасности хидрауличногхибридног, електричног-хибридног и електричног терминалског трактора с конвенционалним дизел терминалским трактором. У циљу квалитетног сагледавања еколошких ефеката примене савремених технологија код РТГ дизалица и терминалских трактора, извршена је подела животног циклуса на три основне фазе и једну пратећу фазу. Према методологији LCA испитани су еколошки ефекти фаза: од колевке до врата, употребе и одржавања и одлагања и рециклаже. Анализирани су и еколошки ефекти пратеће фазе од извора од резервоара. Ради потпуности студије извршена је и what if анализа којом је испитан алтернативни сценарио снабдевања електричном енергијом Е-РТГ дизалице и електричног Терминалског трактора из система Електропривреде Србије (ЕПС). Ради провере добијених резултата спроведена је анализа осетљивости за референти ток функционалне јединице машина логистичког пара. Добијени резултати класификовани су и карактеризовани преко најзаступљенијих метода за процену утицаја животног циклусa (LCIA). Изабране су две проблемно оријентисане методе (CML 2001 и TRACI 2.1) и једна штетно оријентисана методе (Ecoindicator 99).

7 Са еколошког становишта утврђена је технолошка превазиђеност конвенционалних РТГ дизалица и апсолутна оправданост електрификације РТГ дизалица, без обзира на избор сценарија снабдевања електричном енергијом. Код терминалских трактора еколошки најефикаснији је електрични терминалски трактор, али су за исти идентификована ограничења која проистичу из технологије литијумских батерија. Утврђени су неповољни еколошки ефекти литијумких батерија у три фазе животног циклуса. За електрични терминалски трактор констатовано је довођење у питање еколошке ефикасности у случајевима снабдевања електричном енергијом из система ЕПС-а или када је електрична енергија у доминатној мери произведена у термоелектранама на које користе угаљ или лигнит. Кључне речи: Еколошки утицај, процена животног циклуса, РТГ дизалица, Терминалски трактор. Научна област: Машинство Ужа научна област: Механизација, Транспортно инжењерство, конструкције и логистика УДК: :504.5(043.3)

8 Environmental Impacts of Life Cycle Stages of Cargo-Handling Equipment Abstract The dissertation discusses environmental impacts of life cycle stages of cargohandling equipments by using life cycle assessment (LCA) method. For the assessment two most common pieces of handling equipment found at portcontainer are chosen: RTG crane (Rubber-Tyred-Gantry crane) and Terminal tractor. By using comparative LCA an environmental efficiency of state-of-the-art models of hybrid and electric RTG cranes over conventional RTG crane is investigated. Using the same method comparative analysis of environmental efficiency of hydraulic-hybrid, electric-hybrid and electric terminal tractor versus conventional diesel tractor is conducted. In order to obtain valuable foresight of environmental effects of application of novel technologies for RTG cranes and terminal tractors, especially in regards of electrification the life cycle is divided into three basic stages and subsequent stage. According to the LCA technology the environmental impacts of following stages are investigated: cradle-to-gate, use and maintenance and end-of-life. The impacts of subsequent stage well-to-tank are also investigated. For the completenence of the study what-if analysis is conducted with alternative scenario of electricity supply of E-RTG and E-tractor with power grid mix from EPS (Electric Power Industry of Serbia). In order to provide ensures for the results the sensitivity analysis of reference flow of functional unit is done. The obtained results are classified and characterised according to most widespread methods of life cycle impact assessment. Тwo problem oriented methods are chosen (CML 2001 and TRACI 2.1) and one damage oriented method (Ecoindicator 99). From the environmental standpoint, the technological obsolesce of conventional RTG cranes and absolute justification of electrification of RTG cranes is established. Regarding terminal tractors it is confirmed that the electric model is the most

9 environmentally efficient, but limitations are identified that associate with technology of lithium batteries. The negative impacts of lithium batteries are noted for three life cycles of tractors. For the electric tractor environmental efficiency is burdened in alternative case of electricity supply from EPS or from the source where electric energy is produced in power plans using coal or lignite. Key words: Environmental impact, Life cycle assessement, RTG crane, Terminal tractor. Scientific discipline: Mechanical engineering Scientific subdiscipline: Material Handling, Constructions and Logistics UDC: :504.5(043.3)

10 Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације САДРЖАЈ 1. УВОДНА РАЗМАТРАЊА РАЗВОЈ, УЛОГА И ЗНАЧАЈ КОНТЕЈНЕРИЗАЦИЈЕ Развој контејнеризације Улога и значај контејнеризације БУДУЋНОСТ КОНТЕЈНЕРИЗАЦИЈЕ Будућност контејнеризације и мегатрендови Прогнозе раста контејнеризације Изазови контејнеризације и импликације на терминале ПРОБЛЕМ И ПРЕДМЕТ ИСТРАЖИВАЊА УТИЦАЈ ЛУЧКO-КОНТЕЈНЕРСКИХ ТЕРМИНАЛА НА ЖИВОТНУ СРЕДИНУ УРЕЂЕЊЕ КОНТЕЈНЕРСКОГ ТЕРМИНАЛА ПРИКАЗ ТЕХНОЛОГИЈА РТГ ДИЗАЛИЦА И ТЕРМИНАЛСКОГ ТРАКТОРА РТГ дизалица Терминалски трактор ПРИСТУПИ ЗА УТРВЂИВАЊЕ ЕКОЛОШКОГ УТИЦАЈА ЛУЧКO-КОНТЕЈНЕРСКЕ МЕХАНИЗАЦИЈЕ ПРЕГЛЕД И АНАЛИЗА ДОСАДАШЊИХ ИСТРАЖИВАЊА ПРЕГЛЕД ИСТРАЖИВАЊА О УТИЦАЈУ ЛУЧКО-КОНТЕЈНЕРСКЕ МЕХАНИЗАЦИЈЕ НА ЖИВОТНУ СРЕДИНУ ПРЕГЛЕД ИСТРАЖИВАЊА ПРИСТУПА ЗА СМАЊЕЊЕ ЕКОЛОШКОГ УТИЦАЈА ЛУЧКО- КОНТЕЈНЕРСКЕ МЕХАНИЗАЦИЈЕ ПРЕГЛЕД ИСТРАЖИВАЊА МЕТОДА ЗА ПРОЦЕНУ ЕКОЛОШКОГ УТИЦАЈА ЛУЧКО- КОНТЕЈНЕРСКЕ МЕХАНИЗАЦИЈЕ ПРЕГЛЕД ИСТРАЖИВАЊА ПРИМЕНЕ МЕТОДЕ LCA НА ЛУЧКУ МЕХАНИЗАЦИЈУ И СРОДНЕ ОБЛАСТИ... 59

11 Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације 4. ДЕФИНИСАЊЕ МЕТОДОЛОГИЈЕ ИСТРАЖИВАЊА МЕТОДА ПРОЦЕНЕ ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА Развој методе LCA Life Cycle Thinking Сврха, oпшти циљеви и поље примене LCA Ограничења и критике методе процене животног циклуса ПОСТУПАК СПРОВОЂЕЊА ПРОЦЕНЕ ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА Циљ и област дефинисаности Инветар животног циклуса Процена утицаја животног циклуса Интерпретација Методолошки приступ LCA студије у GaBi апликацији УТИЦАЈНЕ КАТЕГОРИЈЕ И МЕТОДЕ ПРОЦЕНЕ УТИЦАЈА Категорије утицаја на животну средину Глобално загревање Ацидификација Еутрофикација Смог Осиромашење озонског омотача Методе процене утицаја животног циклуса Методе CML и TRACI Метода Еco-indicator МЕТОДА WHAT IF И АНАЛИЗА ОСЕТЉИВОСТИ МЕТОДА What if Анализа осетљивости ПРОЦЕНА ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА ЦИЉ И ОБЛАСТ ДЕФИНИСАНОСТИ ПРЕТПОСТАВКЕ LCA СТУДИЈЕ Избор модела логистичког пара Модел РТГ дизалице Модел терминалског трактора

12 Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације Границе система Временски и географски оквир Производња машина логистичког пара Претпоставке за фазу од извора до резервоара Функционална јединица логистичког пара Функционална јединица РТГ дизалице Функционална јединица Терминалског трактора Претпоставке краја животног циклуса ИНВЕТАР ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА ПРОЦЕНА УТИЦАЈА ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА ИНТЕРПРЕТАЦИЈА WHAT IF СЦЕНАРИО И АНАЛИЗА ОСЕТЉИВОСТИ What if сценарио Анализа осетљивости ПРЕЗЕНТАЦИЈА РЕЗУЛТАТА РЕЗУЛТАТИ ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА ОД КОЛЕВКЕ ДО ГРОБА Резултати од колевке до гроба за РТГ дизалице Резултати од колевке до гроба за Терминалске тракторе РЕЗУЛТАТИ ФАЗЕ ОД КОЛЕВКЕ ДО ВРАТА" Резултати од колевке до врата за РТГ дизалице Резултати од колевке до врата за Терминалске тракторе РЕЗУЛТАТИ ФАЗЕ ОД ИЗВОРА ДО РЕЗЕРВОАРА" Резултати од извора до резервоара за РТГ дизалице Резултати од извора до резервоара за Терминалске тракторе РЕЗУЛТАТИ ФАЗЕ УПОТРЕБЕ И ОДРЖАВАЊА Резултати употребе и одржавања за РТГ дизалице Резултати употребе и одржавања за Терминалске тракторе РЕЗУЛТАТИ КРАЈА ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА РЕЗУЛТАТИ "WHAT IF" АНАЛИЗЕ Резултати "what if" анализе за РТГ дизалице Резултати "what if" анализе за Терминалске тракторе

13 Еколошки ефекти фаза животног циклуса лучке-контејнерске механизације 6.7. РЕЗУЛТАТИ АНАЛИЗЕ ОСЕТЉИВОСТИ Резултати анализе осетљивости за РТГ дизалице Резултати анализе осетљивости за Терминалске тракторе МОГУЋНОСТИ ОПТИМИЗАЦИЈЕ ФАЗА ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА ПРИМЕНОМ МЕТОДОЛОГИЈЕ DFX Могућности оптимизације фазе од колевке до врата Могућности оптимизације фазе од извора до резервоара Могућности оптимизације фазе употребе и одржавања Могућности оптимизације фазе одлагања и рециклаже ЗАКЉУЧНА РАЗМАТРАЊА ЗАКЉУЧНА РАЗМАТРАЊА ПРЕДЛОГ ПРАВЦА ДАЉИХ ИСТРАЖИВАЊА ЛИТЕРАТУРА

14 1. Уводна разматрања 1. УВОДНА РАЗМАТРАЊА 1.1. Развој, улога и значај контејнеризације Ако се као начело може прихватити да су најважнији технолошки изуми утицали на промене постојећих и појаве нових друштвенo-економских уређења, као и да се те промене појављују у одређеним историјским размацима заједно са технолошким открићима [Freeman & Louçã, 2001], [Perez, 2001] могуће је приметити да су проналазак контејнера и контејнеризација која је уследила, представљали основу за другу и најинтензивнију фазу глобализације [Levinson, 2006], [Bernhofen et al., 2013]. Из тог разлога може се закључити да је глобализација или последица технолошког открића или је допринос контејнеризације истој суштински и недељив. Поштујући изнету премису, процес контејнеризације, који се развијао у другој половини 20. века, и достигао потпуну зрелост почетком 21. века, заиста се етаблира као један од најважнијих догађаја модерног доба [Levinson, 2006]. Настављaјући изведено закључивање, могуће је указати на извесну аналогију између контејнера и парне машине. Парна машина Џемсa Вата представљала је технолошку основу за драматичну промену света, али и нова друштвена уређења [More, 2000]. На сличан начин контејнеризација или изум контејнера су технолошка основа глобализације и укидања међудржавних граница као ограничења робне размене. Ако се може учинити да је контејнеризација била инструмент глобализације под контролом западних економија, онда је исту тврдњу могуће демантовати феноменом економског развоја држава обједињених у називу BRICS 1. Снажно је уверење да економски просперитет држава BRICS -а, не би био могућ без изума контејнера [Rodrigue & Notteboom, 2009]. Као и многа друга открића, контејнеризација подједнако у технолошким и хуманистичким деловима 1 Акроним за државе: Бразил, Русија, Индија, Кина и од године и Јужноафричка Република - BRICS (Brazil, Russia, India, China, South Africa). 1

15 1. Уводна разматрања науке отвара нова поглавља за истраживања и еволутивна усавршавања. Подстакнуте огромним финансијским ресурсима транспортне и контејнерске индустрије, технологије повезане са овом секторима развијале су се значајном брзином. Готово да не постоји део модерног живота који није заокружен контејнеризацијом (Слика 1.1.). поставка глобалних ланаца ширење глобалних ланаца смањење трошкова лучки транспорта терминали бродоградња економија обима ГЛОБАЛИЗАЦИЈА Геополитички контекст Економски контекст контејнерска механизација Main Topic Main Topic Техничкотехнолошки контекст КОНТЕЈНЕР нове производне економије повећање међунардоне трговине стандардизација интермодални системи померање зона утицаја нови ланци трговине глобални мегатрендови Слика 1.1. Сприрални ефекат контејнеризације Данас, контејнерски транспорт и логистика представљају централно место у светском систему размене, омогућавајући превоз свих врста роба с минималним трошковима и максималном поузданошћу. Широм света преко 90% нерасутог терета (non-bulk cargo), транспортује се контејнерима [Ebeling, 2009]. Највећи удео у испоруци робе преко контејнера суверено чини роба испоручена из Народне Републике Кине [World Bank, 2014]. 2

16 1. Уводна разматрања Развој контејнеризације У покушају пружања сажетог описа развоја контејнеризације као ефикасан приступ намећу се разматрање истраживања [Notteboom & Rodrigue, 2009], [Guerrero & Rodrigue, 2014]. Наиме, у истима је заступљена теорију да развој контејнеризације има карактеристике Кондратијевих 2 таласа који су карактеристични за технолошку дифузију унутар друштвено-економских система. Сагласно тако успостављеној аналогији, а поштујући правила теорије Кондратијевих таласа, развој контејнеризације представљен је кроз пет периода, односно таласа (Табела 1.1.). Табела 1.1. Таласи контејнеризације Таласи период Први талас Други талас Трећи талас Четврти талас Пети талас Појам * * * Карактеристике периода Пионирски развој и појава првих контејнерских лука и специјализоване контејнерске механизације. Развој контејнеризације у државама велике економске тројке. Даље јачање западне економије. Повећање трговинске размене с земљама у развоју. Појава азијских економских "тигрова". Ширење концепта на нова тржишта (Јужна Америка, Блиски Исток, јужна и југоисточна Азија). Доминација великих лучких центара. Контејнер је стандардни начин транспорта глобалне економије. Економски феномен развоја Кине. Врхунац и пуна зрелост концепта и појава тржишне утакмице међу лукама. Нови лучки центри. Репрезен -тативне луке Антверпен, Њу Јорк, Лос Анђелес, Окланд, Нагоја Ротердам, Токио, Хонгконг, Гаошјонг, Џеда, Кингстон Сингапур, Коломбо, Бусан, Дубаи, Алхесирас Шангај, Шенџен, Ђоја Тауро, Нингбо Тањуг Тангерн, Бока Чика, Јингкоу, Принц Руперт Ефекти таласа Развој трговинске размене. Контејнеризације је опште прихваћена. Поставка глобалних ланаца размене роба. Ширење глобалног ланца размене роба. Националне економије подређене глобалним корпорацијама. *У оквиру таласа постоје потфазе: и за други талас који се поклапа са почетком трећег. Између трећег и четвртог постоји међупериод који обухвата оба таласа. 2 Совјетски економиста Николај Кондратиев ( : ) први је уочио цикличне трендове у светској економији условљене технолошким проналасцима. 3

17 1. Уводна разматрања Улога и значај контејнеризације Образложење за успешно прихватање контејнера и феномена контејнеризације, могуће је тражити у економским и технолошким карактеристикама овог изума. Одржавајући континуитет започетог дискурса, важно је указати и на околности и окружење пре појаве контејнера. Почетком педесетих година 20. века, није се могло говорити о глобалној размени роба. Економије држава су биле у значајној мери затворене, а пласирање роба на удаљена тржишта неисплативо. Удео транспортних трошкова, односно трошкова дистрибуције робе до крајњег купца био је значајан и често је достизао и вредности веће од 25% цене робе [Rodrigues et al., 2005]. Нарочито је био неисплатив прекоокеански транспорт. Највећи удео у трошковима транспорта нису чинили трошкови бродског превоза, већ утовара и истовара робе [Levinson, 2006]. Најсликовитије објашњење претходног може се дати релацијом трошкова из тог периода. Наиме, године трошкови пловидбе од миља били су мањи од трошкова унутрашњег превоза робе између или унутар две луке на раздаљини од 10 миља [Eyre, 1964]. Након другог светског рата, ни напредак у бродоградњи, ни снажан развој мотора са унутрашњим сагоревањем који је омогућио појаву бродова велике носивости и брзине пловидбе није допринео унапређењу међународне размене роба. Повећање брзине пловидбе анулирано је дуготрајним процесом истовара бродова који се још увек значајно зависио од лучке радне снаге, те је задржавање у лукама било дуготрајно. Због хетерогености товара чак и развој лучких дизалица није донео значајан напредак. Никако се не сме заборавити на несигурност у манипулисању товаром која је доводила до честог просипања или оштећења робе. Управо основне карактеристике контејнера омогућиле су превазилажење већине ограничења тадашњег начина транспорта робе. Од убрзавања процеса истовара и утовара робе, веће сигурности товара, стандардизације и аутоматизације до смањења утицаја људског фактора. 4

18 1. Уводна разматрања низак степен значаја висок Стандардизација Економија обима Ефикасност Флексибилност Складиштење Безбедност Инфраструктурa Капитал Фреквентост премештања Проблем празног контејнера Ризик крађе и уништења Ризик злоупотребе предности карактеристике недостаци Слика 1.2. Основне карактеристике контејнеризације Основне карактеристике контејнеризације (тј. контејнерског превоза) су следеће: Предности Стандардизација. Стандардизaција контејнера омогућила је успостављање интермодалног система транспорта. Стандардни ISO контејнер поседује јединствен индетификациони број који олакшава праћење кретања робе, чиме је логистика постала вишеструко ефикаснија. Економија обима - Исплативост. Ниски трошкови транспорта, великим делом су последица стандардизације. С друге стране, економија обима у контејнеризацији додатно је унапређена са повећањем капацитета контејнерских бродова и терминала, те повећањем ефикасности. Ефикасност. Брзина утовара и истовара контејнерских бродова у лукама је смањена са некадашње три недеље на мање од 24 сата. Ако 5

19 1. Уводна разматрања се претходном дода и повећање брзине јасно је да се ефикасност контејнеризације с развојем концепта унапређивала. Флексибилност (Прилагодљивост). Контејнери се могу користити за превоз различитих врста роба. Од сировина у течном и растреситом стању (контејнери-цистерне), до температурно осетљивих роба (контејнери-хладњаче). С обзиром на материјал од којих су произведени, на крају животног циклуса лако им се може променити намена, или их је могуће рециклирати. Складиштење робе. По својој суштинској карактеристици, контејнер је основна јединица складиштења. Пружа ефикасну заштиту за садржај који је у њему ускладиштен, а сам се може слагати у висину и у ширину, на терминалима, бродовима и осталим системима превоза. Безбедност товара. Садржај контејнера није познат превозиоцу, нити се контејнер (осим у посебним случајевима) отвара, пре него што стигне до крајњег корисника. На тај начин смањује се ризик губитка товара или крађе. Недостаци или ограничења контејнеризације Захтеви за инфраструктуру. Првенствено се односи на површину земљишта за потребе лучких-контејнерских терминала. Са растом величине контејнерских бродова, као ограничење појављује се ограничење у виду дубина акваторијума које одређује могућност прихвата бродова превеликог газа. Захтеви за капитал. Послови контејнерског транспорта и логистике спадају у финансијски изузетно захтевне операције. Значајније учешће на светском тржишту контејнерског превоза данас је ограничено само за велике међународне корпорације, које могу да капиталом подрже технолошки и инфраструктурно захтевне пројекте. То подразумева набавку машина лучке-контејнерске механизације, закупе великих површина земљишта или изградњу терминала и одржавање 6

20 1. Уводна разматрања ликвидности за измиривање обавеза према превозницима подизвођачима из система интермодалног транспорта. Фрекветност премештања. Приликом складиштења контејнера у терминалима, исти се слажу у висину и до десет висина контејнера [Cooper et al., 2003]. То подразумева временско, енергетски и економски захтевно манипулисање контејнерима уз помоћ специјализоване контејнерске механизације. Проблем празних контејнера. Непропорционаланост у глобалној производњи и размени роба утиче да се приликом превоза контејнера, значајан број контејнера превозе празни, јер повратног превоза нема довољно [Theofanis & Boile, 2009] На пример, већина робе се превози из Кине за САД, а у супротно смеру контејнери су најчешће празни. Ризик крађе или уништења. Приликом пловидбе, услед временских непогода, чести су случајеви пада и губитака контејнера у мору. Процена је да се на тај начин годишње изгуби око контејнера [WSC, 2014]. Злоупотреба контејнера. Као и у свим областима, ни контејнеризација није заштићена од вероватноће злоупотреба. С обзиром на то да превозник не отвара контејнер, могуће су злоупотребе приликом утовaра и паковања од стране пошиљаоца. Наведене карактеристике контејнеризације представљале су одличну основу за развој, јер се економијa обима 3 у контејнеризацији показала посебно израженом [Guerrero & Rodrigue, 2014]. Раст капацитета бродова, условио раст капацитета лука што је коначно изазвало сразмерно смањење удела трошкова у цени робе. Приходи логистичког сектора на светском нивоу износе око милијарди евра или ~ 13,8% укупног БДП [Jorna et al., 2012]. Према извештајима [World Bank, 2014] у години достигнуто је 630 милиона, док је према [UNCTAD, 2015] достигнут број 651 милион TEU, а за годину исти износи је 684 милиона TEU [UNCTAD, 2015]. 3 Економија обима (economy of scale), подразумева смањење трошкова спровођења делатности са повећањем броја производа, услуга или размере делатности. Цена по јединици робе/услуге се смањује јер се фиксни расходи деле на веће излазне величине. 7

21 1. Уводна разматрања Слика 1.3. Друштвено-економска кретања и раст контејнеризације [Guerrero & Rodrigue, 2014] Откриће контејнера променило је и уређење лука и технологију манипулисања теретом у лукама у драматичној мери [Tsinker, 2004]. Период успостављања контејнерског транспорта од , представља период највећих изазова за лучке градове и управе лука. Изазов контејнеризације етаблирао је нове лучке терминале као глобалне центре контејнерског логистичког система, док луке које нису успеле да се прилагоде, постепено, али извесно су нестајале са међународних карти великих бродских превозника. Економски слабије развијене и до појаве контејнера сиромашне земље, издижу се по величини БДП у ери контејнеризације [Notteboom & Rodrigue, 2005], [Notteboom & Rodrigue, 2008]. 8

22 1. Уводна разматрања О обиму промена који је контејнеризација донела, говори чињеница да се међу првих десет највећих лука за прихват контејнера све налазе на азијском континенту [UNCTAD, 2015]. Међу првих двадесет контејнерских терминала, прва америчка лука Лос Анђелес је на 19. месту [WSC, 2015]. Интересантна је и чињеница да велики број високо пласираних лучких-контејнерских терминала није постојао пре 25 година [Rodrigue & Notteboom, 2009]. Системи интермодалног транспорта, омогућавају развој и лучких градова који се не налазе на морским обалама, јер контејнеризација заузима значајно место у речном, железничком и друмском саобраћају. Потврда наведеног јесте, да највећа лука на унутрашњем пловном путу на реци Рајни у Дуисбургу у Немачкој има преко 3,5 милиона TEU годишње [SUT, 2016]. Контејнеризација доноси и значајне промене у технолошко-техничком смислу. Организовање прихвата контејнера на лучким терминалима условљава појаву нових система механизације прилагођених манипулисању с контејнерима. Ради опслуживања процеса на терминалима конструишу се машина специјализоване за искрцавање и укрцавање пловила, манипулисање и превоз контејнера унутар терминала. Као и сама контејнеризација и развој специјализоване механизације кретао се кроз фазе. Прва обалска контејнерска дизалица произвођача Paceco представљена је године, а исти произвођач своју порталну контејнерску дизалицу представио је године [Folsom, 2001]. Слика 1.4. Прва обалска контејнерска и портална дизалица [Folsom, 2001] 9

23 1. Уводна разматрања 1.2. Будућност контејнеризације У покушају предвиђања кретања контејнеризације у будућности, изабране су апроксимације на основу групе релевантних истраживања. Прво предвиђање засновано је на основу утицаја мегатрендова 4 на развој контејнеризације. Повезивање мегатрендова и кретања у транспорту и интерлогистици новијег је датума, а доступно је у истраживањима [Kartnig et al., 2012], [Вујичић, 2015]. Други приступ заснован је на предвиђањима заснованим на основу статистичких показатеља односа економског раста, транспорта и демографских кретања које заступају [Van Ham & Rijsenbrij, 2012] и прогнозама [Drewry, 2012] и будућих кретања, датих на основу теорије Кондратијевих таласа и аналогије истих са кретањима у контејнеризацији, према истраживањима [Notteboom & Rodrigue, 2009], [Guerrero & Rodrigue, 2014], Будућност контејнеризације и мегатрендови Сублимирајући развој контејнеризације и пресудан утицај исте на процес глобализације, извесно је да долазећа померања у контејнеризацији неопходно тражити међу друштвеним, економским и технолошким изазовима у будућности, који се често у литератури терминолошки заокружују у појам мегатрендова. Контејнеризација је представљала технолошку револуцију која је обликовала кретања, међутим, обзиром да је достигнута пуна зрелост концепта контејнера [Guerrero & Rodrigue, 2014], у будућности ће се она прилагођавати долазећим мегатрендовима. Пажљиво анализирајући најважније мегатрендове класификоване према водећим консултантским организацијама [Glockner & Neef, 2013], [Singh, 2014], [KPMG, 2014], могуће је извести закључке о кретањима која ће утицати на транспортни сектор и развој контејнеризацијe до године. 4 Мегатрендови представљају очекивана кретања великог утицаја услед којих долази до променe друштвенoг, привредног, економског и културног окружења на светском нивоу. Појам мегатренда први пут презентовао је амерички научник Џон Незбит. 10

24 1. Уводна разматрања Према извештајима ових организација најважнији мегатренодви који могу утицати на контејнеризацију су: 1. Урбанизација Према [KPMG, 2014] до 2030 године две трећине светске популације живеће у урбаним срединама. Урбанизација омогућава економски раст, али и врши велики притисак на животну средину услед енергетске и инфраструктурне захтевности. Како урбанизација подразумева већу потрошњу и размену роба сви системи интермодалног транспорта контејнера, а посебно лучки терминали повећаваће број својих операција. Даља урбанизација и посебно све чешћа појава мега градова довешће до раста броја TEU на глобалном нивоу. Према консултантима Frost & Sullivan [Singh, 2014], очекује се да до године 35 градова добије статус мега града од чега 13 у Кини. 2. Енергетски изазови Очекивани раст популације и стварање нових потрошачких центара услед раста нових економија представљају енергетске изазове првог реда. Ако се додају изазови климатских промена и неопходности за смањење емисија СО2 ради се о двоструким изазовима. Транспортни сектор, коме припада контејнерски транспорт и логистика посебно су погођени ограничењима енергетских ресурса. 3. Паметне технологије Концепт паметне технологије (smart tehnology), представља континуитет зелених технологија, тј. еколошки прихватљивих производа чији је утицај на животну средину повољнији од конвенционалних технолошких еквивалената [Вујичић, 2015]. Концепт паметног данас се везује за све појмове од паметних градова до возила и рачунара. У делу контејнеризације исти се односи на даље смањење утицаја контејнерских система на животну средину, али и оптимизацију процеса кроз ефикаснију интеракцију са информатичким системима. 11

25 1. Уводна разматрања 4. Концепт нулте емисије Концепт нулте емисије изведен је из мегатренда иновацијама до нултих последица (нпр: нултог отпада, нулта смртност у саобраћају, нулта стопа криминалитета и сл.). Исти представља утопијски циљ највеће ефикасности свих система у саобраћају [Lam & Notteboom, 2014], [Nikitakos, 2012]. 5. Будућност мобилности Иако се концепти будућe мобилности (мултимодални транспортни системи, електрична возила, развој инфраструктуре за допуну електричних возила, алтернативна горива и сл.) најмање односе на системе транспорта контејнера, извесно је да ће развој нових технологија за друмска возила дати могућности за унапређење ефикасности свих система транспорта у контејнерској логистици [Вујичић и сарадници, 2012]. 6. Инфраструктурни развој Еколошки трендови, концепт нулте емисије, паметни градови (smart cities), нови системи мобилности и очекивано повећање броја електричних возила подразумевају дугорочно планирање и улагање у инфраструктуру. Лучки-контејнерски терминали као важан елеменат градова на обали неизоставни су део инфраструктурног планирања и развоја. 7. Климатске промене Ограничења животне средине у најтежем облику мерљива су кроз климатске промене. Активности на смањењу утицаја људских активности на животну средину и климатске промене подразумевају и допринос свих сектора повезаних са контејнеризацијом. Како су климатске промене први изазов човечанства у 21. Веку [Iqbal & Ghauri, 2011], [Maslin, 2014] контејнеризацијa као важан елемент свакодневног живота модерног човека укључена је у све процесе повезане са изазовима климатских промена. 12

26 1. Уводна разматрања 8. Раст нових економија Раст економија BRICS-а у значајној мери је променио трендове и створио нове могућности за јачање контејнерског саобраћаја и појаву нових лучкихтермина на територијама ових држава. Према предметној аналогији могуће је очекивати и снажан утицај на контејнеризацију од раста економија чији је БДП већи милијарди долара, попут Индонезије (3.071 млрд USD), Турске (2.441 млрд USD), Мексика (2.327 млрд USD) и Пољске (1.041 млрд USD) и оних близу те границе Тајланд (772 млрд USD), Нигерија (730 млрд USD) и Египат (653 млрд USD). Део ових држава обједињен је у новом акрониму за економије у развоју MINT 5 [Reprisk, 2014]. 9. Друштвене промене и раст куповне моћи Повећање куповне моћи у економијама у развоју резултира повећаном потрошњом, што подразумева даљи развој система снабдевања, односно логистике, у чему је контејнеризације од суштинског значаја. 10. Конвергенције и е-комуникација Електронски системи комуникације имплицитно утичу на конвергенцију различитих привредних сектора. Транспортни системи међу којима је свакако и контејнерска логистика повезују се са новим технологијама еколошке производње електричне енергије или аутоматизоване-аутономне механизације. Модели е-комуникације и е-трговине, често су сматрани као начин одржања концепта потрошачког друштва, кога у модерном систему размене роба управо контејнеризација чини могућим. Никако се не сме занемарити и промовисање академског става о четвртој индустријској револуцији (Industrial revolution 4.0) и њеним импликацијима на остале технолошке и привредне секторе [Furmans et al., 2015]. 5 Акроним: MINT (Mexico, Indonesia, Nigeria, Turkey). 13

27 1. Уводна разматрања 11. Нови пословни модели Нови пословни модели, такође су усмерени одржању привредног раста и транзицији из треће у четврту индустријску револуцију. Према Frost & Sullivan [Singh, 2014] нови пословни модели, представљају додатну вредност јер омогућавају доступност технологија велике материјалне вредности, већем броју корисника, кроз концепте удруживања носиоца мањих капитала, ради остварења заједничких интереса. На активности повезане са дискурсом дисертације то се огледа у новим начинима закупљивања простора у лучким терминалима, на контејнерским бродовима, како би они били приступачнији већем броју корисника. Из оваквих активности ствара се специјализовано тржиште контејнерских капацитета, што омогућава одржање интереса за контејнерским транспортом и у наредне две декаде. Слика 1.5. Глобални мегатрендови до године [Вујичић, 2015] 14

28 1. Уводна разматрања Прогнозе раста контејнеризације Развој контејнеризације у значајној мери је утицао на економски просперитет и економска кретања на глобалном нивоу. Према [Van Ham & Rijsenbrij, 2012] претпоставка је да будуће економске промене могу утицати на одржање концепта контејнерског саобраћаја. У публикацијама организације [Drewry, 2012] пројекције броја TEU заснивају на историјским кретањима у контејнеризацији и односу истих са стопом раста БДП обзиром да се број TEU повећавао по стопи вишој за 5,6% од БДП-а. Конзервативан став заснован на претпоставкама да је законитост Кондратијевих таласа евидентна у контејнеризацији [Guerrero & Rodrigue, 2014] указује на могућност негативних трендова. Аутори сматрају да је неминовна стагнација или чак смањење заинтересованости за индустријске секторе окупљене око контејнеризације. Потврду тврдње виде у већ регистрованом паду забележеном у периоду светске економске започете кризе с краја године. У раду [Вујичић, 2015] указује се на истраживање оптимизације постојећих капацитета контејнерског транспорта ради остварења еколошке ефикасност. Аутор такође сматра да у делу раста броја TEU у будућности технолошкотехничка струка може минимално допринети, јер изазов целог транспортног сектора лежи искључиво у друштвено-политичком домену и заступа концепт конзервативног раста, али преиспитује експлицитну аналогију са Кондратијевим таласима код прогнозирања смањења броја TEU. Сагласно набројаним приступима, могуће је дати прогнозе броја TEU до године. [Van Ham & Rijsenbrij,2012], будући број TEU израчунавају једначином (1.1.): n= (1.1.) Где је: CHn очекивани број контејнерских операција изражен у TEU еквиваленту CH0 тренутни број контејнерских операција изражен у TEU еквиваленту 15

29 1. Уводна разматрања Pi Индекс раста броја становника (Индекс популације) где се за очекује раст PPPi Индекс паритета куповне моћи Рацио (однос) раста стопе транспорта и економије где се за, очекује бржи раст транспорта од економије [Van Ham & Rijsenbrij, 2012] дају прогнозе за неминовним одржањем контејнеризације до године на основу следећих очекивања: Раст броја становника на 10,5 милијарди до године (подстакнут је растом популације у државама у развоју); Раст куповне моћи, са мањом стопом него у 20. веку (у периоду од до он је износио од 200% до 500%). Претпоставља се конзервативан раст од 75% до године; Стопа раста саобраћаја била је двоструко већа од економског раста. Имајући у виду објективне разлоге за успорење саобраћаја (енергетска и инфраструктурна ограничења), [Van Ham & Rijsenbrij,2012] претпостављају раст транспорта од 150% до Стављањем претпостављених кретања у једначину (1.1.) добија се вредност броја ТЕU до године: CH(2050)=650х10 6 ТЕU (2014) х 1,5 х 1,75 х 1,5 CH(2050)=2.560х10 6 ТЕU Претпоставка о расту од 400% у броју ТЕU до године је висока, с обзиром на минималне стопе раста у Европи и САД. Могућности раста поред економија BRICS-a, [Van Ham & Rijsenbrij,2012] очекује од Вијетнама, Индонезије и држава афричког континета, где је очекивано повећање броја становника од 300% [UNPD, 2012]. Као изазове за реализацију претпоставке о расту броја ТЕU, идентификују се ограничења инфраструктуре лука и непостојећих система за интермодални транспорт у Африци, те извесност енергетских и еколошких ограничења. 16

30 1. Уводна разматрања [Drewry, 2012] израчунава раст броја TEU кроз релацију са БДП према једначини (1.2.): (1.2.) Где је TEU промена броја контејнера, TEU тренутна вредност броја TEU, k фактор раста (за k >1), GDP промена БДП-а, GDP тренутна вредност БДП-а. Ако се у једначину (1.2) уврсте вредности стопе расте према последњем извештају и прогнозама [Drewry, 2015] могуће је добити вредности од 2,3 преко 2,6 до чак 3,2 милијарде TEU до Обзиром на основе за обрачун стопа раста одређене од стране [Van Ham & Rijsenbrij,2012], те [Drewry, 2012], могуће је извести нову једначину (1.3) која би уврстила стопе: Где је: CH очекивани број контејнерских операција изражен у TEU еквиваленту CH0 тренутни број контејнерских операција изражен у TEU еквиваленту k процентуална стопа раста изабране категорије у периоду пре CH0 ( k1 раст TEU, k2- раст популације, k3 - раст економије и сл.) На основу изабраних приступа у израчунавању будућег броја TEU формирана је табела 1.2, као и пројекција развоја шестог и седмог таласа контејнеризације. Табела 1.2. Број TEU до години према од прогнозама раста Сценарио раста (у 10 6 TEU) Drewry (Висока стопа) Drewry (Средња стопа) Drewry (Ниска стопа) Van Ham & Rijsenbrij Према (1.3.)

31 1. Уводна разматрања Слика 1.6. Пројекција броја TEU у шестом и седмом таласу Изазови контејнеризације и импликације на терминале Изазови за даљу развој контејнеризацији огледаће се у проналажењу решења за раст укупног броја TEU и одржање економске исплативости уз смањење негативних еколошких ефеката контејнерског сектора. Обједињени економски и еколошки изазови у значајној мери преносе се на активности лучких терминала. Развој и повећање величине контејнерских бродова који достижу ширину палубе еквивалентне ширини 22 контејнера намећу оптимизацију контејнерских терминала и повећање дохвата (и до 50 метара) обалских контејнерских дизалица. На самом терминалу због ограничене површине висина складиштења постаје нови изазов. Повећање висине складиштења и дохвата представљају не само енергетске и еколошке изазове, већ и технолошке изазове. Наиме, повећање висине складиштења и повећање препуста обалских мегадизалица ради опслуживања све већих пловила подразумева другачија оптерећења конструкције дизалица, а пропорције раста неопходно је преиспитати [Зрнић, 2005]. 18

32 1. Уводна разматрања Развој контејнеризације и импликације на контејнерске терминале сажето се представљају као одговор сектора на следеће изазове: Друштвено-економски изазови o Одржање потражње за услуге контејнерских терминала o Повећање броја учесника у тржишној утакмици и смањење цене транспорта и складиштења контејнера o Границе економије обима o Геополитичка нестабилност условљава промену лучких дестинација Технолошки изазови o Повећање степена искоришћености терминала (са постојећег просека од 68% до 90%) кроз повећање висине складиштења и оптимизацију доступних ресурса o Повећање капацитета терминала за прихват већих пловила (Post New Panamax>18.000TEU) кроз проширење акваторијума, повећање обалског простора за сидрење; o Развој већих и ефикаснијих машина лучке-контејнерске механизације, од обалских мегадизалица, преко механизације за складиштење до аутоматски навођених шасија или терминалских трактора нулте емисији o Даљи развој интермодалних система o Коришћење напредних информационих технологија ради бољег планирања складиштења контејнера, кроз имплементацију концепта Internet of things у лучке операције. Еколошки изазови o Смањење укупног обима емисије гасова стаклене баште, буке и загађења воде и земљишта o Усклађивање лучких операција са строжим еколошким регулативама 19

33 1. Уводна разматрања o Ограничење ширење лучких терминала на нове површине, што повратно производи технолошки изазов ефикаснијег искоришћење постојећег земљишта и заузете обале o Усклађивање стратегија развоја лука са концептима Зелене луке и Луке нулте емисије. У покушају одређења према будућем развоја контејнерског саобраћаја на основу постојећих трендова, чињеница и изазова, а имајући у виду раније поменуту паралелу везану за таласе у контејнеризације намеће се аналогија да шести талас контејнеризације у значајној мери одсликава 10 најважнијих мегатрендова, од којих сваки прожима питање утицаја на животну средину. Према тој премиси шести талас контејнеризације је период смањења утицаја исте на животну средину. Ако се за почетак овог периода може усвојити крај петог таласа ~ 2010/2015. тада је јасно временско поклапање еколошког мегатренда декаде и почетка шестог таласа еколошки одрживе контејнеризације. Даљим повезивањем у претходном ставу наведене аналогије изводи се закључак да седми талас контејнеризације може представљати континуитет са одрживошћу контејнерског саобраћаја додатно унапређеног концептом нулте емисије. Како је исти неостварив са позиције бродског транспорта контејнера, а већ су приметни поједини планови за луке, закључак је да контејнерски терминал нулте емисије заузима централно место након године (слика 1.6). 20

34 2. Проблем и предмет истраживања 2. ПРОБЛЕМ И ПРЕДМЕТ ИСТРАЖИВАЊА 2.1. Утицај лучкo-контејнерских терминала на животну средину Велике луке и контејнерски терминали представљају значајне изворе загађења животне средине. Емитовање супстанци у ваздух и водену средину и загађење од буке на лукама угрожавају здравље људи и опстанак флоре и фауне у непосредном окружењу [Bailey & Solomon, 2004], [Bailey et al., 2004a], [Bailey et al., 2004b]. Наведено је од посебног еколошког значаја јер се контејнерски терминали често налазе у непосредној близини густо насељених градова. У комбинацији са ваздухом који је већ засићен од издувних гасова карактеристичних за велике метрополе, луке заиста представљају опасност по здравље становника и животну средину [Cannon, 2008]. Данас, многе луке у великим приобалним градовима сматрају се надалеко највећим загађивачима воде, ваздуха и земљишта и неопходност преузимања мера за смањење негативних утицаје постаје питање од општег интереса [Cannon, 2009]. Смањење еколошког отиска лука и контејнерских терминала намеће се као обавеза лучких власти у истом моменту када је услед светске економске кризе спровођење контејнерских операција већ оптерећено изазовом одржавања система на граници економске исплативости [Cannon, 2009], [Зрнић и Вујичић, 2012]. Управе лучких-контејнерских терминала налазе се у позицији два међусобно супротстављена изазова. У периоду највишег интензитета економске кризе очекује се раст броја TEU и истовремено смањење еколошког отиска терминала сагласно еколошким захтевима, а често и позитивним прописима којима су ограничене дозвољене емисије загађења. Важно је нагласити да почетком 21. века луке и контејнерски терминали, нису били предмет строгих еколошких регулатива, чак ни у државама Западне Европе и САД. Заједно са иницијативама међународних организација 21

35 2. Проблем и предмет истраживања за заштиту животне средине 6, те иницијативама стручне јавности, проблеми загађења животне средине у околини лука и контејнерских терминала, све чешће налазе своје место у агендама стручних скупова, али и предлагача закона, нарочито у државама Европске уније и САД. То се потрвђује кроз активности лучких управа које су у релативно кратком периоду од покретања еколошке агенде, презентовале стратегије и програме за смањење утицаја лучких активности на животну средину [Bailey et al., 2004a], [Cannon, 2009]. У међувремену, развој азијских економија, а посебно привредног феномена Кине доводи до појаве нових лука и контејнерских терминала, који се данас налазе међу водећим у свету по броју ТEU [Rodrigue & Notteboom, 2009]. Обзиром да се у том периоду еколошке регулативе тек појављују у Европи и САД, у Азији еколошка питања још увек нису била у домену интересовања лучких управа. Прве конкретне иницијативе за смањење утицаја на животну средину контејнерских терминала у Кини, појављују се закашњењем од готово једне деценије у односу на Европу и САД [Ma et al., 2014], [Fung, 2014]. Од резервисаног интересовања за питања утицаја лука и контејнерских терминала на животну средину до потпуне посвећености свих заинтересованих страна протекло је више од једне деценије. Данас се може сматрати да уз економске нестабилности, еколошки проблеми лука представљају изазове највишег приоритета, a томе је научна јавност посебно посвећена [Ng et al., 2016], [Lam & Notteboom, 2014], [Lirn et al., 2013] [Nikitakos, 2012], [Cannon, 2008, 2009], [EPA, 2007]. Оправданост интересовања сликовито се потврђује релацијама са слике 2.1. која приказује ниво емисије NOx и чађи контејнерских лука и осталих извора загађења у периоду од једне године [Bailey et al., 2004b]. Према релацији са слике емисије наведених гасова из луке Лос Анђелес веће су од емисије пола милиона путничких возила. 6 Организације/иницијативе попут: United Nations Environmental Program (UNEP), United States Environmental Protection Agency (US EPA) 22

36 2. Проблем и предмет истраживања NOx [kg x 10E+2] PM10 [kg x 10E+1] Ø Рафинерија Ø Електрана возила Контејнерска лука Вирџинија Контејнерска лука Њу Јорк / Њу Џерзи Контејнерска лука Лос Анђелес Слика 2.1. Поређење емисија у лукама са другим изворима [Bailey et al., 2004b] Емисије гасова стаклене баште (у даљем тексту: ГСБ) у лучкимконтејнерским терминалима последица су различитих извора загађења. Ови извори могу се поделити или груписати на различите начине. Према [Cannon, 2008] исправно је груписање у три категорије загађења: Загађење лука од пловила o Контејнерски бродови, o Приобална пловила (реморкери и бродови дизалице); Загађење лука од сопствених оперативних активности унутар терминала o Контејнерска механизација, o Кретање возила намењених за превоз контејнера, o Кретање осталих возила o Генератори енергије за потребе луке и усидредних пловила Загађење лука од кретања спољних возила o Теретна моторна возила која довозе и одвозе контејнере o Шинска возила која довозе и одвозе контејнере 23

37 2. Проблем и предмет истраживања Груписање према пет [Starcrect, 2003, 2004, 2005, 2014] шест [Bailey et al., 2004] извора загађења заступљено је у извештајима лучких управа из САД: Загађење лука од пловила (контејнерских бродова) Загађење од лучке механизација Загађење од теретних друмска возила Загађење од шинских возила Загађење од лучких генератори електричне енергије и грејања Загађење од путничких возила (опционо код [Bailey et al., 2004b]) Свака од наведених категорија представља знатан извор загађења. Стриктна подела или евиденција удела појединачног извора загађења није била заступљена све до године [Starcrest, 2005]. Тада су поделe према категоријама успостављене и први пут јасно приказан еколошки утицај лучке-контејнерске механизације, који до тада није препознат као значајан извор загађења. Пример поделе према извору загађења дат је на слици 2.2. Прикупљање и систематско вођење база података о изворима загађења у лукама у Азији започето је године, а исти су објављени за контејнерске терминале лука Хонгконг и Шенџен са резултатима из године [Galbraith et al., 2008], док су извештаји из којих је могуће направити поделе постали доступни нешто касније [Chin & Low, 2010] NOx [%] PM10 [%] Путничка возила Шинска возила Лучка-контејнерска механизација Теретна возила и терминалски трактори Контејнерски бродови Слика 2.2. Учешће извора у укупној емисији терминала [Bailey et al., 2004b] 24

38 2. Проблем и предмет истраживања Табела 2.1. Eмисијe на контејнерском терминалу POLA [Starcrest, 2014] Извор емисије Год. CO 2eq CO 2 N 2O CH 4 [x10 3 kg] % [x10 3 kg] % [kg] % [kg] % Контејнерски бродови Теретна возила и терминалски трактори Лучка контејнерска механизација Шинска возила Пратећи потрошачи на терминалу УКУПНО ,20% -27,01% -23,22% ,56% -22,55% -23,08% ,55% -0,41% -32,73% ,22% -9,20% -49,81% ,18% -9,18% -1,18% ,55% -20,44% -24,09% ,00% -78,38% 33,85% -20,94% -1,18% -42,86% Анализом извештаја о емисијама у лукама Лонг Бич и Лос Анђелес за и годину који су приказани у табели 2.1. утврђено је смањење емисије ГСБ за све изворе осим код лучке-контејнерске механизације [Starcrest, 2014]. Код четири од пет извора емисије ГСБ приметно је смањење емисије CO2 oд 9% до 27% осим за лучко-контејенерску механизацију где су емисије CO2 практично непромењене [Starcrest, 2014]. Образложење за повећање емисија ГСБ лучко-контејнерске механизације, могуће је пронаћи у неколико чињеница. Неизоставан узрок је повећање интензитета коришћења постојеће опреме, односно броја манипулација TEU. Забележено је и повећање броја комада опреме. С друге стране, новији модели лучко-контејнерске механизације опремљени су ефикаснијим дизел агрегатима или се користи гориво с ниским садржајем сумпора. Због тога је забележено смањење емисија азотних-оксида (NOx), сумпор-диоксида (SO2) и чађи (PM), али емисије ГСБ нису смањене. 25

39 2. Проблем и предмет истраживања 45% 40% 35% СО СО ,92% 38,86% 38,57% 35,43% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 4,61% 5,26% 6,24% 7,12% 10,67% 13,34% 0% Лучки потрошачи Шинска возила Лучка-контејнерска механизација Теретна возила и терминалски трактори Контејнерски бродови Слика 2.3. Учешће загађивача у укупном резултату [Starcrest, 2014] Селективност еколошких иницијатива када је у питању лучка-контејнерска механизација резултирала је најмањим напретком управо ове области [Вујичић и сарадници, 2013], [Зрнић и Вујичић, 2012]. Mашине лучкоконтејнерске механизације су у већини случајева погоњене дизел моторима велике радне запремине и снаге, код којих непостоје обавезујуће регулативе у погледу дозвољеног нивоа емисија штетних издувних гасова. Код машина лучке-контејнерске механизације ради се о агрегатима за вандрумску употребу (non-road mobile machinery) код којих је регулисање емисија започето тек 1997.године са директивом Европске комисије (Directive 97/68/EC) и стандардима Stage I/II и III/IV, који су аналогија за станард Tier I/II и III/IV који се примењују у САД. Када су у питању азијски простори питање дозвољених емисија штетних издувних гасова није једнообразно ни за друмска возила, док је стање ове области за вандрумске агрегате који се користе за машине лучке-контејнерске механизације потпуно неуређено. Потврда претходног је да иницијатива за регулисање емисија штетних издувних гасова за друмска возила држава Персијског залива које су чланице GCC 7 први пут покренута 2008.године [Eshani, 2008]. 7 Gulf Cooperation Council 26

40 2. Проблем и предмет истраживања 2.2. Уређење контејнерског терминала У циљу адекватног образложења проблема и предмета истраживања презентовано је уређење лучког контејнерског терминала и њему припадајућих система и подсистема намењених опслуживању пловила (за укрцавање и искрцавање контејнерски бродова), унутрашњем транспорту, складиштењу контејнера и одржавању терминала. Контејнерски терминал представља инфраструктурни простор који је део система логистичког ланца у дистрибуцији роба. Сврха контејнерског терминала је омогућавање претовара између различитих видова транспорта и привремено складиштење контејнера. У зависности од положаја у односу на водни ток, контејнерски терминал може бити: Морски контејнерски терминал (maritime container terminal) Копнени контејнерски терминал (inland container terminal) Слика 2.4. Пример морског и копненог контејнерског терминала Контејнерски терминал представља комплексан систем чије ефикасно функционисање зависи од адекватног уређења које омогућава непрекидан процес укрцавања и искрцавања пловила (или другог транспортног вида) које превози контејнере [Brinkmann, 2011]. Ефикасно уређење терминала је неопходно ради задовољења захтева у погледу минималног задржавања - времена чекања пловила и максималног искоришћења простора 27

41 2. Проблем и предмет истраживања пристаништа [Park & Dragović, 2009]. Уобичајено је да су контејнерски терминали подељени на три оперативне области или целине [Драговић и Зрнић, 2014]: 1. Оперативна обала се налази између пристаништа и контејнерског складишта. Ту се омогућава привез контејнерског брода, а затим његово опслуживање. Ова целина је уједно и највише истраживана и заступљена у литератури из ове области [Драговић и Зрнић, 2014]; 2. Контејнерско складиште, или контејнерски складишни простор (container yard) је простор на коме се обавља складиштење контејнера. Овај простор обично заузима до 70% свих лучких површина [Драговић и Зрнић, 2014] и омогућава складиштење контејнера у висинске нивое или одлагање контејнера на специјалним наменским полуприколицама који се користе на терминалу. Контејнери се на овом простору задржавају од неколико дана, до пар недеља у зависности од интензитета транспортних токова [Драговић и Зрнић, 2014]. 3. Трећу целину представља простор главног улаз/излаза (main gate) који контејнерском терминалу омогућава повезивање са континенталним системима транспорта. За ову уочен простор за оптимизацију и повећање ефикасности [Драговић и Зрнић, 2014]. Практично, активност на терминалу подразумева искрцавање контејнера с пловила, складиштење истог до поновног укрцавања на пловило или утовара на други вид транспорта којим ће бити извезен са терминала. У складу са тим, а према врстама активности које се спроводе на терминалу подела може бити и следећа [Brinkmann, 2011]: Активности на опслуживању пловила (укрцавање/искрцавање) Активности на опслуживању копнених видова транспорта (железнице, тегљачи са полуприколицама) Активности на унутрашњем одржавању терминала ради одржавања ефикасности система (складиштење контејнера, претовар и прелокација празних контејнера и сл.). Шематски приказ структуре контејнерског терминала дат је на слици

42 2. Проблем и предмет истраживања Слика 2.5. Хоризонтални приказ структуре контејнерског терминала [Brinkmann, 2011] У зависности од активности које се извршавају врши се и подела лучкеконтејнерске механизације намењене манипулисању контејнерима. Најчешћа је подела [Brinkmann, 2011], [Драговић и Зрнић, 2014] је следећа: Контејнерска механизација уз оперативну обалу (за укрцавање/искрцавање) o Обалска контејнерска дизалица (Ship-to-Shore - STS crane) o Обалска портална контејнерска дизалица o Покретна лучка дизалица Контејнерска механизација хоризонталног транспорта o Портални слагач (Straddle Carrier) o Телескопски слагач (Reach Stacker) o Контејнерски виљушкар (Container forklift) 29

43 2. Проблем и предмет истраживања o Бочни и чеони слагач (Container side-pick, top-pick) o Слагач празних контејнера (Empty container handler) o Аутоматски навођена возила, или контејнерске шасије (Automated Guided Vehicles) o Компактни портални слагачи (Shuttle Carrier) o Терминалски трактор са полуприколицом (Tractor-Trailer Unit) o Терминалски трактор композиција (са више полуприколица) Контејнерска механизација за складиштење контејнера и одржавање терминала: o Портална дизалица на пнеуматица или РТГ дизалица (Rubber- Tyred Gantry crane) o Портална дизалица на шинама или РМГ дизалица (Rail-Mounted Gantry crane) o Портални слагач (Straddle Carrier) o Телескопски слагач (Reach Stacker) o Контејнерски виљушкар (Container forklift) o Бочни и чеони слагач (Container side-pick, top-pick) o Слагач празних контејнера (Empty container handler) o Терминалски трактор са полуприколицом (Tractor-Trailer Unit) Планирање, организовање и оперативна реализација процеса било које целине контејнерског терминала представља захтеван процес у коме нема уопштених решења [Драговић и Зрнић, 2014]. Одређивање и димензионисање капацитета контејнерских лука и терминала углавном је одређено контејнерским бродовима и контејнерским токовима, те интензитетом долазака бродова и контејнера и интензитетом опслуживања бродова и контејнера. Међутим, осим набројаних захтева многи други, од инфраструктурних предуслова (површина, облик терминала, облик пристаништа) до неопходне густине слагања контејнера по јединици површине терминала (захтеви у погледу слагања контејнера у висину) могу утицати на избор контејнерске механизације на терминалу [Brinkmann, 2011]. 30

44 2. Проблем и предмет истраживања Као логичан али не потпун скуп решења проблема, контејнерске луке су постале системи са једним или већим бројем специјализованих терминала или везова, како у односу на бродове тако и у односу на контејнерске токове. Међутим, суштина проблема само тим подухватом није решена. Терминали и везови су специјализовани системи који у техничко-технолошком и оперативно-експлоатационом смислу постају ефикасни само онда када остваре одговарајући манипулативни капацитет у неком временском периоду. Да би терминал био ефикасан и да би се исплатиле значајне инвестиције у његову структуру, неопходно је одредити контејнерске токове и типове бродова који ће га непосредно тангирати. Само ако је наведено задовољено, може се успоставити ефикасна кореспонденција на релацији оператер бродова терминалски оператер, а самим тим и захтевани ниво ефикасности терминала у целини [Драговић и сарадници, 2011]. Захтевани нивои ефикасности терминала у целини одређују избор, али се на основу доступне литературе [Драговић и Зрнић, 2014], [Brinkmann, 2011], може одредити којој целини терминала додељује нека опрема. На контејнерском складишту најчешће комбинације опреме одређене су кроз логистичке парове [Böse, 2011]. Уз машине за слагање контејнера упарује се више терминалских трактора, најчешће према следећем моделу: Логистички пар: РМГ или РТГ дизалица и терминалски трактор o 2 РМГ или РТГ дизалице o 4 до 5 терминалских трактора Логистички пар: Портални или телескопски слагач и терминалски трактор o 3 Портална или телескопска слагача o 5 терминалских трактора Најзаступљенији логистички пар на контејнерском складишту је РТГ дизалица и терминалски трактор [Böse, 2011], [Sapiña, 2014], [Cannon, 2009], [Pavlič, 2014], док се за активности нижег интензитета на одржавању терминала овом логистичком пару придодаје мањи број телескопских слагача и слагачи празних контејнера. 31

45 2. Проблем и предмет истраживања Слика 2.6. Попречни пресек контејнерског терминала са оперативним подсистемима (РТГ дизалица и терминалски трактор) Општа прихваћеност логистичког пара РТГ дизалице и терминалског трактора може бити образложена следећим карактеристикама ових машина: Предности РТГ дизалице и терминалског трактора o Ефикасно коришћење површине терминала збор могућности за слагање контејнера у висину без обавезног попречног пролаза између контејнера; o Једноставно одржавање високе густине попуњености TEU/ha; o Флексибилност РТГ дизалице омогућава премештање унутар терминала o Повољнија набавна вредност опреме у односу на друге логистичке парове, посебно у односу на РМГ дизалице [Драговић и Зрнић, 2014]; o Брзина кретања терминалског трактора. Недостаци система o Транспорт контејнера између STS дизалице и складишног простора подразумева две процедуре преузимања; o Често је неопходна испомоћ других машина за складиштење празних контејнера и одржавање терминала; o Загушења складиштног дела терминала услед интерног саобраћаја терминалских трактора код процеса истовара и утовара; o Захтеви у погледу структуре бетонске подлоге због великог оптерећења точкова РТГ дизалица [Luhr, 2004]. 32

46 2. Проблем и предмет истраживања 2.3. Приказ технологија РТГ дизалица и терминалског трактора Са повећањем интересовања за питања животне средине, као и иницијативама за увођење строжих регулатива за вандрумске моторе, инжењерска струка и произвођачи контејнерске механизације интензивно развијају нове технологије и експериментишу њима, одговарајући на постављене изазове контејнерског сектора и регулатива. Концепти зелених лука или лука нулте емисије засновани су на технолошким експериментима и најавама произвођача да је смањење емисија и еколошки последица могуће постићи у значајнијем обиму. У зависности од начина на који се обезбеђује енергија за механизацију (преко електромреже, батерија или мотора с унутрашњим сагоревањем на алтернативни погон), обећања о смањењу емисије ГСБ крећу се од 20% до 80%, а у појединим случајевима и у целости (100%) концепт нулте емисије. Еколошке технологије за контејнерску механизацију су доступне као примери потпуно нових машина или опције за надоградњу постојећих машина које се већ налазе у експлоатацији на контејнерским терминалима. Сагласно највећој заступљености логистичког пара РТГ дизалице и терминалског трактора, број технолошких иновација је највећи управо за ове машине. Неке од предложених технологија првобитно су развијене и примењене у другим областима, нарочито аутомобилској индустрији. Примена истих код контејнерске механизације је у току или се и даље развија. Од варијација у облику технологије алтернативних горива (течни нафтни гас, земни гас, водоник), хибридних система, до електрификације коначно јединствено еколошки ефикасно решење за све машине лучкеконтејнерске механизације није усвојено РТГ дизалица Портална дизалица на пнеуматицима, односно РТГ дизалицa, јесте машина намењенa манипулисању, складиштењу и транспорту контејнера у оквиру контејнерских терминала. РТГ дизалице се углавном користе у комбинацији 33

47 2. Проблем и предмет истраживања са терминалским тракторима. Конструкционо су врло сличне РМГ дизалицама, али ради слободног кретања по терминалу постављене су на точкове с пнеуматицима. Посебно су цењене због могућности складиштења контејнера у висину (до шест висина контејнера), док је распон портала највише до осам ширина контејнера. Слика 2.7. Пример РТГ дизалице Конвенционалне РТГ дизалице су у погоњене дизел моторима који служе као генератори електричне енергије, обезбеђујући енергију за кретање дизалице, хватача контејнера, односно спредера и подизање терета. Носивост РТГ дизалица је најчешће од 40 до 50 тона, те су дизел агрегати велике радне запремине од cm 3 до cm 3 и снаге од 350 kw до 700 kw. Велика сопствена маса од преко 100 тона, у комбинацији са високим радним оптерећењем дизел агрегата кандидују РТГ дизалицу као једну од еколошки најмање прихватљивих машина на контејнерском терминалу [Зрнић и Вујичић, 2012]. 34

48 2. Проблем и предмет истраживања Произвођачи контејнерске механизације управо су за РТГ дизалице развили више решења за смањење еколошког отиска. Најзастуљенија решења за смањење потрошње и емисија ГСБ код РТГ дизалица су генератори промењиве брзине (variable-speed generators), замајци за складиштење потенцијалне енергије (flywheel energy storage), хибридне РТГ дизалице (са ултракондезаторима) и потпуно електричне РТГ дизалице (E-RTG), које се често сврставају у опрему нулте емисије. Већина ових технологија је доступна као надоградња за постоје дизалице које су већ у експлоатацији, док су нове произведене углавном са неком од наведених технологије. У стандарду примену код нових примера РТГ дизалица, улазе генератора промењиве брзине и често замајцима за складиштење енергије, а следе хибридне РТГ дизалице с ултракондезаторима. Замајци за складиштење енергије представљају релативно једноставно и економски прихватљиво решење за смањење потрошње и емисије ГСБ. Кинетичка енергија терета која при спуштању са највише висине спредера износи и до 1,7 kwh [Вујичић, 2010], приликом спуштања контејнера користи за се покретање (обртање) замајца који достиже и до обр/min [Flynn et al., 2008]. Део енергије сачуван (као потенцијална енергија) у замајцу касније се користи као подршка дизел генератору за подизање терета. Енергетски капацитет замајца од најчешће је од 0,5 kwh до 1,5 kwh у зависности од дозвољеног броја обртаја замајца [Starcrest, 2009], [Flynn et al., 2008]. На тај начин замајац има улогу механичке батерије, што је предност, јер за разлику од хемијских батерија нема изразито ограничен век употребе. С обзиром на редуковано оптерећење у фазама подизања терета, пружа се могућност за смањење радне запремине дизел агрегата (downsizing). Процене су да је могуће остварити смањење емисије ГСБ и до 25% [Flynn et al., 2008]. Шематски приказ система за складиштење енергије преко замајца дат је на слици

49 2. Проблем и предмет истраживања Слика 2.8. Систем за складиштење енергије преко замајца [Flynn et al., 2008] Хибридне РТГ дизалице (често називане Eco-RTG) користе сличан принцип рада као систем замајца. Разлика је у томе што се енергија складишти у ултра- кондезаторима. Познато је да ултракондезатори поседују значајно већу специфичну снагу (W/kg) од конвенцоналних електролитичких батерија (видети на слици 2.11, стр.85), те су погоднији за ову примену због потребе за већом снагом у временским кратким интервалима. Даље комбиновање са генераторима варијабилне врзине омогућено је гашење дизел агрегата у фазама мировања и спуштања терета. Произвођачи хибридних РТГ дизалица обећавају смањење потрошње и емисија ГСБ и до 60% [Konecranes, 2012], [Gimenez, 2013]. Потпуно електрична РТГ дизалица (у даљем тексту: Е-РТГ) у прошлости је била неприхватљива због нарушавања мобилности дизалица, што је била главна предност ове машине у односу РМГ дизалице. Данас, је проблем смањења мобилности код Е-РТГ дизалица знатно ублажен и готово превазиђен технолошким решењима попут кабловских намотаја (cable reel) и системом електро-проводних шина са бочном тролом (conductor bar & trolley). 36

50 2. Проблем и предмет истраживања Иако остаје главно ограничење у виду неопходност преправке - електрификације дела терминала где се користи Е-РТГ дизалица, последња технолошка решења, враћају интересовање за Е-РТГ дизалице. Преко 90% радног време електричне дизалице користе електричну енергију са мреже, док су дизел агрегати задржани за 10% кретања која се односе на коришћење дизалице ван простора који је опремљеног напонским шинама. Произвођачи опреме сматрају да је најмање очекивано смањење ГСБ у износу од 70 % [Eckle, 2010], [Sapiña et al., 2013], [Corbetta, 2015]. Слика 2.9. Пример система за напајање електричне РТГ дизалице преко каблова (лево) и бочне троле (десно) Терминалски трактор Терминалски трактор представља специјализовану врсту машине (возила) за превоз контејнера која се користи искључиво унутар терминала. За ову машину у литератури 8 се везује велики број различитих назива. По бројности представљају најзаступљеније пример контејнерске опреме [Calstart, 2008], [Calstart, 2011] [Sapiña et al., 2013]. Терминалски трактор увек је оперативан са другом машином, дизалицом, слагачем контејнера или виљушкарем. Терминалским трактором превози контејнере унутар терминала између два складишта, након чега се утовора/истовара уз помоћ друге машине. Због интензивног рада и велике заступљености, на појединим терминалима 8 Називи за терминалски трактор: yard tractor, tractor rig, yard truck, yard hostler, yard goat. 37

51 2. Проблем и предмет истраживања учешће терминалског трактора у емисијама лучке механизације износи од 30% до 70% [Starcrest 2005], [Calstart, 2008], [Calstart, 2011], [Starcrest 2014]. Слика Пример терминалског трактора Технологија за повећање ефикасности и смањење еколошких ефеката терминалских трактора постају све доступније и заступљеније. Најчешће се ради о система који су већ развијени у аутомобилској индустрији и тестирани или примењивани за друмска теретна возила [Вујичић и сарадници, 2012]. У питању су решења од алтернативних горива (горивне ћелије, течни нафтни гас и компримовани природни гас), преко хибридних терминалских трактора до електричних трактора који користе електромоторе и различите врсте батерија. Радни циклус терминалског трактора подразумева значајан проценат времена рада у празном ходу у месту, са повременим интензивним убрзањима под оптерећењем, што узрокује значајне емисије ГСБ и чађи, као и загађење од буке. Наиме, рад у месту често чини и преко 35% укупног радног времена терминалског трактора на терминалу [Calstart, 2008], [Calstart, 2011]. То је углавном последица чекања на утовар/истовар од друге контејнерске машине, што представља највећу еколошку неповољност. Овакви радни циклуси сматрају се изузетно погодним за уградњу хибридних 38

52 2. Проблем и предмет истраживања система и електро-погона. Код хибридних терминалски трактора, дизел мотор се гаси код чекања на утовар/истовар, чиме се тренутно умањују емисије и бука. С друге стране, честа успорења, посебно код кретања под теретом (контејнером), остављају могућност рекуперације кинетичке енергије и каснију употребу исте код убрзања, смањујући оптерећење дизел мотора, потрошњу и емисије. Начин складиштења кинетичке енергије дели хибридне терминалске тракторе на две врсте. Код прве врсте дизел електрохибридних трактора енергија се складишти у ултракондезаторима или батеријама. Код хидраулично-хибридних трактора енергија се акумулира у виду повећаног притиска у специјалном резервоару. Дизел електрохибридни терминалски трактор користи технологију која је већ у редовној употреби код друмских возила. Кинетичка енергија се најчешће складишти у у батеријима. У зависности од изведбе хибридног трактора, сачувана енергија се користи приликом убрзања, за растерећење дизел мотора, док код појединих система омогућава краткотрајно кретање без дизел мотора. Произвођачи обећавају смањење потрошње од 60% и смањење буке од 50% [Kalmar, 2015], [Terberg, 2012] док резултати мерења назависних институција указују на мање оптимистичне исходе [Calstart, 2011]. Једна од иновација код хибридних система за терминалске тракторе је хидраулични хибридни трактор. Ради се о једноставном систему за складиштење енергије. Систем користи кинетичку енергија коју преко пумпе претвара у потенцијалну енергију сачувану у резервоару високог притиска. Касније приликом убрзања сачувана енергија се ослобађа, док сабијени гас из резервоара високог притиска прелази у резервоар ниског. Процене су да се око 70% енергије приликом кочења може сачувати код хидрауличних хибрида. Хидраулични хибридни систем може да поседује и уређај за гашење мотора у мировању. Код појединих верзија (редни хибридни погон) хидраулични пренос у потпуности замањује механичке преноснике снаге. 39

53 2. Проблем и предмет истраживања Потенцијално смањење потрошње горива и емисије ГСП очекивано је у опсегу од 30 до 50% [Kargul, 2008],. Специфична енергија [Wh/kg] Li-on, LFP батерије Pb батерије Време [h] 100 h Горивне ћелије Ni-MH батерије Мотори СУС 10 h Ултра-кондензатори Хидраулични акумулатори 1 h 0,1 h 0,01 h (36 сек.) 0,001 h (3,6 сек.) Специфична снага [W/kg] Слика Однос специфичне снаге и енергије погонских опција Велика очекивања у лучко-контејнерској индустрији повезана су са електричним терминалским тракторима, који су оглашавани као машине нулте емисије. Погон обезбеђују електро мотори, док је енергија складиштена најчешће у некој врсти литијумских батерија. Тренутно два водећа произвођача у САД [Balqoon, 2009], [Kalmar, 2015] и један у Европи [Terberg, 2012] испоручују електричне терминалске тракторе. Аутономија у раду износи од 80 km дo 150 km или 15 сати рада [Balqoon, 2015], [Terberg, 2012]. 40

54 2. Проблем и предмет истраживања Слика Примери електричних терминалских трактора Balqon (лево) и Terberg (десно) 2.4. Приступи за утврђивање еколошког утицаја лучко-контејнерске механизације Утврђивање еколошког утицаја (environmental impact assessment) или еколошког отиска (environmental footprint) представља захтеван процес, како са позиције спровођења оперативног мерења или лабораторијског испитивања, тако и са позиције класификације прикупљених информације и избора оних које су од значаја за истраживање. Када је у питању еколошки утицај и отисак лучке-контејнерске механизације одређивање истих је вишеструко сложеније, не само због комплексности машина и недовољном познавању истих ван граница уско специјализоване инжењерске струке, већ и због њихове дислоцираности и недоступности услед ограничених могућности за приступ контејнерским терминалима где се ове машине налазе. Наведенo указује да је утврђивање еколошког утицаја и отиска лучкеконтејнерске механизације подразумевано искључиво као оперативно мерење и лабораторијско испитивање. То наводи на закључак да је исто могуће само на постојећим машина које се налазе већ у експлоатацији, чиме се не оставља могућност превентивног деловања и деловања у раним фазама развоја или производње машина. Премиса је да за превентивно деловање 41

55 2. Проблем и предмет истраживања неопходно утврђивање начина за апроксимацију еколошког утицаја и отиска применом одређених метода и модела. Мерење емисије издувних гасова из којег даље може произаћи израчунавање еколошког отиска, може се сматрати најпрецизнијим начином, али је свакако најскупље и временски најзахтевније [Choi et al., 2015] и наравно може бити изведен само post festum. То подразумева искључење раног планирања и могућности за упоређење различитих типова машина пре самог пуштања у рад. Други начин је моделирање процеса коришћења машина лучке-контејнерске механизације кроз претпостављање свих елемената радних циклуса, потрошње горива или енергије. Овакав приступ омогућава превентивно деловање, упоређење различитих врста или генерација машина или симулирања алтернативних режима и услова рада. Обзиром да се ради о моделирању или апроксимацији радних циклуса исто је могуће спровести без конкретних машина и далеко од лучког-контејнерског терминала. Развој информационих технологија и софтверских алата омогућава различите степене статистичких обрада из којих се развијају претпоставке о потенцијалном еколошком утицају и отиску одређене машине лучкеконтејнерске механизације. Најчешћи приступи процени еколошког утицаја лучке-контејнерске механизације подразумевају обрачуне истог на основу потрошње горива и енергије. Исте заправо представљају комбиновање података о броју машина на терминалу, моделној години, радној снази, просечном броју радних сати и оптерећењу у формирану једначину, најчешће једноставне линеарне форме. Број радних сати множи се са просечном потрошњом и сл. То подразумева да се било која одступања настала приликом формирања претпоставки на почетку мултипликују кроз бројне итерације до краја обрачуна. Ово је од посебног значаја код поређења различитих врста опреме јер мало одступање у претпоставкама може довести до повољнијег исхода неке врсте контејнерске опреме [Вујичић и сарадници, 2012]. 42

56 2. Проблем и предмет истраживања У литератури се налази релативно скроман број истраживања која дају препоруку о начину испитивања еколошког утицаја или само емисија издувних гасова лучко-контејнерске механизације, а посебно у раним фазама истраживања и углавном заступају сличне методологије. Један о могућих начин дат је од [Geerlings & Van Duin, 2009] и односи се на обрачун укупних емисија CO2 на контејнерском терминалу. Према [Geerlings & Van Duin, 2009] укупна сума емисија CO2 од свих врста извора лучке-контејнерске механизације (i) на целом терминалу или подсистему нпр. оперативна обала, складиште -(j) израчунава се према једначини 2.1. (2.1.) Где је: Wx Укупна маса емисије CO2 генерисана на терминалу x; Vi,j Укупна годишња потрошња дизел горива у литрама одређене машине лучке-контејнерске механизације (i) за активност у (под)систему (j); fd Фактор емисије сагоревања горива изражен у [kg CO2/l] који се усваја на 2,65; Pi,j Укупна годишња потрошња електричне енергије одређене контејнерске опреме (i) изражена у [kwh] за активност у (под)систему (j); FE Фактор емисије производње електричне енергије изражен у [kg CO2/ kwh] који се усваја на 0,52; Једначина 2.1. ставља се у релацију са следећим: Где је: 43

57 2. Проблем и предмет истраживања ni,j Број радних циклуса контејнерске опрема (i) у (под)систему (j); Ci,j Фиксна потрошња по операцији (нпр. дизања контејнера) у радном циклусу у изражена у литрама горива; ci,j Променљива потрошња у литрама горива по пређеном километру; i,j Пређена раздаљина по Mенхетн методи за контејнерску опрема (i) у (под)систему (j); pi,j Фиксна потрошња по радном циклуса изражена у [kwh] контејнерске опрема (i) у (под)систему (j); У литератури (нарочито из САД) присутан приступ израчунавању будуће емисије издувних гасова на контејнерском терминалу од извора лучкеконтејнерске механизације развијен је од стране [CARB, 2005], а коришћен за потребе лука Лос Анђелес и Лонг Бич у оквиру пројекта САРБ. Овде се у обзир узима популација лучке-контејнерске механизације, степен ангажованости, факторе раста и оптерећења агрегата. Метода процене за наведене луке развијене су за шест врста контејнерских машина. Емисија сваке машине лучке-контејнерске механизације према [CARB, 2005] израчунава се једначином 2.2. (2.2.) Где је: Egi Укупна емисија гасова лучке-контејнерске машине (i) ni Укупан број лучких-контејнерски машина (i) Pmax Максимална декларисана снага агрегата машине у [KS~0,735 kw] Lf Фактор оптерећења машине Ta Број радних сати машине у току године [h] fe Фактор емисије издувних гасова [g/ KS h] Након добијања резултата за сваку машину појединачно исти се сабирају и формира база инвентара емисија. За прогнозирање будућих емисија, одређује се повећање вредности ni и усклађује иста за вредност фактора раста Gf. 44

58 2. Проблем и предмет истраживања Коришћење горе описане једначине потврђују у својем истраживању и [Browning & Bailey, 2006]. Сличан начин за процену емисије, конкретно емисија СО2 дају [Choi et al. 2015]. Обрађена је проблематика емисије СО2 за лучку-контејнерску механизацију и возила на интермодалним терминалима, а пловила нису укључена у истраживање. Пример једначине за израчунавање дат је за терминалски трактор: где се (i) односи на врсту горива које покреће агрегат терминалског трактора, а Ei просечна потрошња горива и Ci коефицијент емисије СO2 за припадајуће гориво. Даљи развој једначине је следећи: Где су Tni, FRi, Ti и E1, број терминалских трактора, потрошња горива у фази кретања трактора и утовара полуприколице и коефицијент емисије СO2 респективно. Где се FWi, Ti односе на потрошњу горива у фази мировања и истовара полуприколице. Кретање променљиве (i) од 1 до 3 односи на различите врсте извора: терминалски трактор, друмски тегљач и посебна врста тегљача. Анализирањем презентованих приступа за израчунавање емисија издувних гасова лучке-контејнерске механизације на терминалима могу се уочити сва 45

59 2. Проблем и предмет истраживања ограничења. Степен апроксимације у презентованим приступима је довољно висок да потенцијал за значајно одступање крајњих резултата остане висок. Процена емисија добија се углавном за једну врсту једињења - само за CO2, NOx или честице чађи и сл.. Из само једног једињења није могуће извести праве процене еколошког отиска, те слика може бити погрешна. То произилази из чињенице да је могуће смањити емисију NOx, а истовремено забележити раст CO2 што се потврђује на примеру извештајима за период до за луке Лос Анђелес и Лонг Бич [Starcrect, 2014]. Даље презентовани приступи нису адекватни за квалитетно упоређење различитих технолошких основа у раним фазама истраживања, јер не узимају обзир порекла енергетских извора, што може довести до еколошких заблуда и заступања става о предностима доминатног коришћења биодизел горива [Geerlings & van Duin, 2009], а да је заправо исто са становишта концепта животног циклуса оспорено као еколошки неповољно. Сагласно наведеном могуће је извести закључак да се презентовани приступи (иначе најзаступљенији) могу користи у сврхе грубог пројектовања емисија издувних гасова лучке-контејнерске механизације, али за процену еколошког утицаја или еколошког отиска нису адекватни. Из тог разлога као хипотеза намеће се став да је за утврђивање еколошког утицаја и еколошког отиска лучко-контејнерске механизације, а посебно код упоређења конвенционалних и нових (еколошких) технологија неопходно коришћење методе процене животног циклуса. Исто је неизоставно код раних фаза пројектовања и планирања, како контејнерске механизације, тако и распореда и планирања коришћења исте на терминалима. Наиме, метода процене животног циклуса омогућава истраживање процене еколошког утицаја на основу великог броја база инвентара емисија, тако да потреба за мерењима је искључена. Такође, једном прикупљени подаци или утврђени фактори утицaја могу се користи за надoградњу или технолошке иновације, јер се основне структуре машина не мењају. 46

60 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања 3. ПРЕГЛЕД И АНАЛИЗА ДОСАДАШЊИХ ИСТРАЖИВАЊА Сагласно двојакости предмета и проблема истраживања, разликује се и доступност научних радова који се односе на питања истраживања у предметној области. За питања концепта животног циклуса литература је у значајној мери доступна, али у делу који се тиче примене методе животног циклуса на лучку-контејнерску механизацију (па чак и механизацију уопште) број доступне литературе је изузетно скроман, готово занемарљив. Од званичног успостављања концепта одрживог развоја године, до пуне афирмације еколошког покрета и коначно до повезивања истих са утицајем контејнеризације на животну средину, нису постојала значајнија истраживања поменуте области. Тек десет година касније, стручна јавност и аутори се више интересују за истраживања о утицају лучко-контејнерске механизације на животну средину, па се може сматрати да је ова област релативно добро покривена. Доступност истраживања која покривају методологије којима се утврђује утицај лучко-контејнерске механизације на животну средину скромна је и као таква приметна тек у истраживањима новијег датума. Метода процене животног циклуса (LCA) од године и увођења серије стандарда ISO заузима значајан простор научне јавности и избор истраживања којима је ова област покривена је велики. Међутим, број доступних истраживања којим би се процена еколошких аспеката лучкоконтејнерске механизације утврдила уз помоћ методе LCA готово да нема. Из наведених разлога у овом поглављу презентована су доступна истраживања методе LCA примењена на велике системе механизације, с обзиром на то да искуства прикупљена из истих у одређеној мери могу бити искоришћена и аналогно упоређена са предметом истраживања дисертације. 47

61 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања 3.1. Преглед истраживања о утицају лучко-контејнерске механизације на животну средину Истраживања о стању животне средине у непосредном окружењу лукâ, те директно или посредно повезивање и истраживање лучко-контејнерске механизација са истима може се пронаћи у публиковацијама организација [US EPA, 2007], [Starcrest, 2009], [Starcrest 2013], [Starcrest 2014] и аутора, [Vandermeulen, 1996], [Bailey et al., 2004a], [Bailey & Solomon, 2004], [Bailey et al., 2004b], [Cannon, 2008] и [Cannon, 2009]. Вандермелен [Vandermeulen, 1996], међу првима преиспитује еколошки контекст лука и разматра еколошку оптимизацију превоза роба. Аутор указује на питања утицаја лучких активности на приобалне екосистеме, али и на шири утицај, с обзиром на повезаност појединих лука преко речних токова с копном. Истраживање наводи на закључак о неопходности успостављања еколошки ефикаснијег планирања лучких активности. Аутор даје препоруке за усвајање еколошких стратегија управа лука. Бејли и Соломон [Bailey & Solomon, 2004] сматрају да лучки терминали под притиском глобализоване трговине и повећаног интензитета прилива роба постају све већи и оптерећенији. Укупан резултат је негативан утицај на квалитет ваздуха у лукама и окружењу. Аутори сматрају да главни извор загађења долази од емисија издувних гасова из дизел мотора уграђених у пловила, теретна и шинска возила и лучку механизацију која користи вандрумске дизел моторе. Загађење ваздуха, настало сагоревањем дизел горива подразумева прекомерно емитовање емисије угљеничних суспедованих честица и азотних оксида. Негативне импликације на здравље локалног становништва огледају се у респираторних и кардиоваскуларних обољења и потенцијално ране смртности. Аутори сматрају да значај проблема загађења у лукама изискује интензиван приступ у решавању истог. Као решења предлажу низ мера, од економски мање захтевних до значајних инвестиционих улагања у смањење загађења ваздуха. Међу најједноставније убрајају: уградњу система која искључује рад мотора у празном ходу за 48

62 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања друмске тегљаче и терминалске тракторе при чекању на утовар/истовар, коришћење дизел горива са ниским садржајем сумпора, напајање пловила електричном енергијом са мреже и коришћење алтернативних горива. Аутори закључују да се смањење емисија у лукама може постићи и кроз зелене технологије у планирању контејнерских терминала и модерних системе контроле квалитета ваздуха. Бејли и сарадници [Bailey et al., 2004a] под окриљем организације NRDC 9 одржавају континуитет претходног истраживања, али у знатно већем обиму. На основу извештајна о иницијативама за смањење загађења добијених од 10 највећих лука у САД, извршена је стручна анализа о еколошким најефикаснијим начинима за смањење негативних ефеката лучких операција. Предметно истраживање даје детаљну анализу и технички увид у еколошке утицаје свих сегмената рада лука. Са становишта предмета истраживања дисертације, пажњу привлачи део посвећен утицају лучко-контејнерске механизације на животну средину. Аутори напомињу да су РТГ дизалице, терминалски трактори, а затим и контејнерски виљушкари једни од главних извора емисије издувних гасова у лукама. У циљу заузимања адекватне стратегије, аутори дају препоруке, које су поткрепљене анализом еколошких ефеката и неопходних улагања у алтернативне система погона лучке механизације. Под алтернативним системима погона аутори разматрају могућности примене алтернативних горива, хибридних система и електрификацију опреме. Истраживање које је спровео Канон [Cannon, 2008] под покровитељством органиције Energy Futures обрађује утицаје на животну средину сектора контејнерског транспорта - од бродских превозника до контејнерских терминала. Аутор предлаже начине за смањење загађења ваздуха коришћењем алтернативних горива и применом напредних технологија погона. Аутор сматра да би се применом тих мера тренутно осетио ефекат смањења загађења и диверзификације извора снабдевања горивом. Аутор испитују иницијативе за смањење еколошки неповољних утицаја у лукама 9 Национални савет за заштиту природних ресурса (NRDC: Natural Resources Defense Council) 49

63 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања Лос Анђелес и Лонг Бич (Калифорнија). Извештај нажалост показује да су стратегије неконзистентне, те да остварена смањења емисија кроз ефикасније дизел моторе које ће законодавство захтевати, врло брзо могу бити поништени повећањем броја агрегата и лошим планирањем коришћења опреме. Осим наведених лука аутор испитује и могућности за смањење емисија у луци Њу Џерси. За ову луку разматрани су потенцијални ефекти коришћених прототипова електричних и хибридних терминалских трактора. На крају аутор даје препоруке за јавне и приватне акционаре, с напоменом да питање животне средине око лука мора доћи на ниво националне дебате како би се овај изазов исправно решавао. Канон [Cannon, 2009] опет под покровитељством органиције Energy Futures, наставља раније започето истраживање везано за стање животне средине која окружује лучкe-контејнерске терминале. Аутор утврђује да је загађење ваздуха у лукама у САД углавном последица сагоревања тешко ложивих горива које користе контејнерски бродови. Наиме, тешко ложива горива (попут мазута) садрже висок удео сумпора (и до ppm) те је њихово сагоревање међу најзначајнијим изворима загађења ваздуха у лукама. Аутор наглашава да су тешко ложива горива хиљаду пута већи загађивачи од дизел горива које се користи у друмским теретним возилима у САД (а која садрже до 5 ppm сумпора). Аутор додатно указује на процену од случајева преране смрти услед кардиолошких и пнеумолошких болести (чак и рака плућа) повезаних са сагоревањем тешко ложивих горива у приморским градовима који су у непосредној близини лука Преглед истраживања приступа за смањење еколошког утицаја лучко-контејнерске механизације Никитакос [Nikitakos, 2012] истражује релације између зелене логистике и примене концепта луке нулте емисије. Концепт луке нулте емисије сматра се врло актуелним, те је предметно истраживање Никитакоса у 50

64 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања складу са еколошким кретањима везаним за утицај лучких активности на животну средину. Никитакос указује на то да су прекоокеанска пловила заправо највећи извор загађења на свету, и да се тешко уклапају у националне еколошке регулативе. Аутор сматра да се ово питање изоставља са светских еколошки агенди због значаја бродског превоза на глобални процес размене роба. Наиме, прекоокенски бродви заправо представљају умањене пловеће електране 10, те с обзиром на то да је приметан пораст димензија пловила, јасно је да се може очекивати и раст снаге инсталисаних агрегата, а последично и емисије издувних гасова. У раду се указује да је неопходно смањење загађења животне средине у околини лука од долазећих и усидрених пловила кроз пооштравање регулативе. Као решење сугерише снабдевање усидрених пловила електричном енергијом са електромреже луке, што представља начин за искључење рада генератора пловила. Наведено представља тренд који многе лучке управе оператери испитују. Ипак, да би се избегло само једноставно дислоцирање загађења, производња електричне енергије мора бити еколошка. За реализацију концепта луке нулте емисије, аутор предлаже производњу електричне енергије од обновљивих извора који се налазе у непосредној близини лука. Обновљиве извора енергије у близини лука аутор види следеће: соларну енергију, енергију ветра (on-shore/off-shore), енергију таласа и енергију морске плиме. Вујичић и сарадници [Вујичић и сарадници, 2012] презентују последње трендове у развоју лучке-контејнерске механизације. Аутори наглашавају да у ери одрживог развоја и све већег интересовања лучких власти за питање животне средине, произвођачи механизације интензивно развијају системе за унапређење еколошке ефикасности лучко-контејнерске механизације. У раду су презентоване последње технологије за све значајније примере лучке механизације које нису на шинама. Аутори дају преглед еколошких технологија за терминалске тракторе, контејнерске виљушкаре, порталне слагаче контејнера, телескопске слагаче контејнера и РТГ дизалице. У раду је 10 Укупна инсталисана снага највећег контејнерског брода Emma Mærsk који превози и то ТЕU износи 110 MW. Наведену снагу обезбеђују шест агрегата: 1 x Wärtsilä RT-flex96C са 80 MW и 5 x Caterpillar 8M32 ca 6 MW. 51

65 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања наглашено да значајан број технолошких решења за унапређење еколошке ефикасности потиче из аутомобилске индустрије. То имплицира да напредак у смањењу еколошког утицаја лучко-контејнерске у значајно мери зависи од брзине развоја ове технологије у другом сектору. Аутори претходно наведено уочавају на примеру развоја технологије батерија за електричне терминаласке тракторе. Закључак је да свака врста лучко-контејнерске механизације може подразумевати различит приступ код примене еколошки ефикасних технологија. Јанг и Чанг [Yang & Chang, 2013] испитују могућности електрификације РТГ дизалица и спроводе поређење са конвенционалним РТГ дизалицама. Поређење електричних и конвенционалних РТГ дизалица изведено је ради утврђивања потенцијалне уштеде у потрошњи енергије и смањењу емисије CO2. Истраживање је базирано на основу налаза добијених из пројекта имплементације електричних РТГ дизалица у активности на контејнерским терминалима луке Каохсиунг, Тaјван. Аутори су прикупљали податке од четири терминалска оператера из групације TIPC 11. Истраживањем је утврђено да трошкови горива, ниво буке и издувних гасова код конвенционалне дизел РТГ дизалице нису на нивоу актуелних економских и еколошких захтева. Аутори изводе закључак према коме сматрају да је неопходно конвенционалне РТГ дизалице заменити новом опремом која може испунити садашње захтеве у погледу потрошње и емисија издувних гасова. Као решење предлажу електричне РТГ дизалице, које по предметној студији могу достићи знатне уштеде у потрошњи енергије, до 86.60% и умањити емисије CO2 за 67.79%. Овим истраживањем утврђено је да време поврата инвестираних средстава у електричне РТГ дизалице износи до 26 месеци. Аутори наглашавају да поред еколошких предности, електричне РТГ дизалице представљају заштиту управа лучких терминала од осцилација цена дизел горива, те је дугорочно планирање пословних активности извесније. 11 Taiwan International Ports Corporation 52

66 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања Павлич и сарадници [Pavlič et al. 2014] у свом истраживању представљају приступ у имплементацији стратегије зелене луке. Аутори пружају више од једноставног испитивањa изводљивости инвестирања у неко технолошко решење за контејнерску механизацију. Наиме, аутори сматрају да стратегија зелене луке представља континуирани процес трансформације лучких операција у еколошки одрживе. Истраживањем је потврђено да је један од основних предуслова успешне имплементације зелених стратегија у лукама, познавање токова енергетске потрошње и еколошких импликација свих активности које се обављају у лукама. Аутори заступају став да је доступност информација и правилно дефинисање индикатора еколошке ефикасности од суштинског значаја. Због комплексности лучкихконтејнерских операција нужно је учешће стручних лица из различитих области ради сагледавања свих скривених изазова. Аутори су поред поређењa конвенционалних и еколошких система за загревање воде, извели и симулирање потенцијалног резултата електрификације РТГ дизалица. Према студији изводљивости електрификације РТГ дизалица за потребе луке Копер аутори очекују енергетске уштеде у висину од 82% и смањење оперативне буке за 50% у односу на конвенционалне РТГ дизалице. Према наведеној студији време поврата инвестиције у електрификацију РТГ дизалица износило би око 30 месеци. Аутори наглашавају да у студији изводљивости нису разматрали значајне измене које се односе на прилагођавање електромреже за снабдевање луке, јер сматрају да постојећи систем не би био у стању да подржи електрификацију РТГ дизалица. Став аутора је да еколошке стратегије морају бити утемељене на искуствима, јер се на тај начин смањују одступања и разлике између теоријског и практичног контекста зелене луке. Даље истраживање је пожељно ради проналажења приступа којим би се предложена методологија имплементације стратегије зелене луке даље унапредила. 53

67 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања Лин и сарадници [Lin et al., 2014] истражују могућности примене технолошких решења којима би се умањили неповољни еколошки ефекти и повећала енергетска ефикасност РТГ дизалица. Емпиријски део истраживања подржан је од луке Оукланд (Калифорнија). На основу резултата истраживања аутори су идентификовали кључна места за унапређење рада РТГ дизалице. Ту се првенствено сматра рекуперација потенцијалне енергије терета, смањење времена рада РТГ дизалице у мировању, оптимизација ефикасности дизел генератора и разматрање могућности примене алтернативних горива. На основу утврђених критеријума дате су препоруке за примену решења и извршен финансијски обрачун неопходног инвестирања у опрему и пројекције оперативне уштеде. Истраживање је заокружено информација о еколошким ефектима рада дизалица и могућим унапређењима на локалном и глобалном нивоу. Наглашени су потенцијални ризици и ограничења имплементације и правци даљег истраживања. Сапиња и сарадници [Sapiña et al., 2013] спровели су опсежно истраживање у оквиру пројекта TEN-T који се односи на зелене технологије и еколошке ефикасне алтернативе за лучке-контејнерске дизалице и активности на терминалима. Пројектом је обухваћено истраживање за контејнерске терминале у Валенсији, Ливорну и Копру. Циљ пројекта је да испита могућности електрификације РТГ дизалица и конверзије погона терминалских трактора, телескопских слагача и слагача празних контејнера на алтернативна горива (ТНГ, КПГ). Пројекат је подељен на пет фаза: 1. Дефинисање метода за егзактно описивање енергетских профила машина лучке-контејнерске механизације), са мапирањем емисије ГСБ; 2. Процена могућности имплементације и израда презентације за акционаре лучких терминала и инвеститоре; 3. Израду система индикатора еколошке-ефикасности; 4. Тестирање прототипова и почетак пилот пројекта; 5. На основу резултата пројекта, предложена је израда стандарда и правила за имплементацију и даље примену еколошки прихватљивих технологија на контејнерским терминалима у лукама Европске унији. 54

68 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања 3.3. Преглед истраживања метода за процену еколошког утицаја лучкоконтејнерске механизације На основу броја пројеката покренутих од стране организација повезаних са контејнерским сектором и лучким управама може се закључити да постоји висок степен интересовања за унапређење технологија које би допринеле побољшању еколошке ефикасности лучких операција и довеле до смањења негативних еколошких ефеката. Међутим, иако постоји одређена сагласност око врста технологија које би се могле применити ради остварења претходно наведених циљева, није могуће пронаћи доказе сагласности стручне и научне јавности око приступа којом би се степен ефикасности нових технологија адекватно измерио и оценио. Наведено је додатно изражено у делу методологија које би се могле применити у раној фази истраживања са циљем превентивног деловања. У складу са наведеним, у наставку су презентована истраживања која су посвећена приступима за утврђивање еколошког утицаја повезаних са лучким активностима. Вотанаби [Watanabe, 2004], разматра приступ израчунавању емисија CO2 са позиције макротокова саобраћаја на терминалу. Аутор сматра да докле год постоје поуздане информације о обиму саобраћаја на терминалу и броју ТЕU, могуће је извршити процену емисија издувних гасова у луци. Успостављањем односа потрошње дизел горива и емисије СО2, те даљим израчунавањем релације броја ТЕU и потрошње дизел горива добија се емисија СО2 по ТЕU. Аутор закључује да је утицај контејнерских лука на процес глобалног загревања озбиљан, те да ће се исти извесно погоршати с амбицијама лучких управа. Наиме, успостављањем мега лука, које би биле у стању да опслужују мега контејнерске бродове 12 извесно је да ће доћи до повећања укупних емисије СО2. Приликом потврђивања своје хипотезе аутор врши истраживање на примеру две луке у Јапану, Јокохама и Шимицу. Аутор успостaвља однос учешћа бродова, контејнерске механизације и спољних возила у укупној емисији 12 Мега контејнерски бродови < TEU 55

69 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања изабраних лука. Коначно, аутор даје препоруке за система тарифирања лука према загађењу. У истраживању [CARB, 2005] дат је приступ за израчунавању будуће емисије издувних гасова на контејнерском терминалу машина лучко-контејнерске механизације. Приступ је развијен за потребе лука Лос Анђелес и Лонг Бич. У обзир се узима број машина лучко-контејнерске механизације, степен коришћења машина и фактори раста, односно очекивани број машина у наредном периоду. Приступ за израчунавање будућих емисија на лучкоконтејнерском термину дат је за шест врста контејнерских машина. Исти је заправо само поступак за формирање инвентара емисија на терминалу. Наиме, у истраживању нису дати фактори емисије за сваку категорију (попут CO2, NOx и SO2) што указује да је метода само нумеричка, без образлагања стварних еколошких ефеката. Гирлингс и Ван Дин, [Geerlings & Van Duin, 2011] истражују методу за утврђивање нивоа емисија СО2 на лучком контејнерском терминалу. Aутори презентују нову методу процене емисије СО2 на контејнерском терминалу на примеру контејнерског терминала и луци Ротердам. У уводу у истраживање наглашен је значај општег разумевања последица климатских промена. Наглашено је да смањење емисије СО2, који озбиљно доприноси глобалном загревању, мора постати приоритет, јер ће се тако повећати притисак на међународну заједницу и индустријске секторе да изађу са иницијативама за смањење емисија СО2. Ово је посебно релевантно за транспортни сектор, чији се удео у глобалној емисији СО2 још увек повећава, док други сектори смањују емисије. Истраживање поставља два циља. Први и основни је да презентује методологију која анализира емисије СО2 на контејнерском терминалу. Други циљ се односи на идентификовање најефикаснијег решења за смањење емисија СО2 на терминалу. Аутори приказују кретање контејнера унутар терминала, као и допринос истог укупној емисији СО2 на терминалу. На основу ових приказа понуђена су потенцијална решења за смањење емисије СО2, заједно са предлогом регулатива за управе лука и законодавце. 56

70 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања Према овом истраживању најефикаснији начин за смањење емисија СО2 на контејнерском терминалу је управо адаптација (уређење) терминала по на терминал Rotterdam Shortsea. Аутори су става да предложено решење уређења терминала може довести до смањења емисије СО2 за 70%. Додатно решење понуђено од стране аутора је повећање удела био-дизела (до једне трећине) у дизел гориву коришћеном за контејнерску механизацију. На тај начин аутори очекују смањење емисије СО2 између 13% и 26% по терминалу, односно смањење утицаја укупног контејнерског транспорта за 21%. На крају аутори закључују да будућа истраживања морају бити спроведена уз поштовање свих сензитивности одрживог развоја, а посебно налаза процене животног циклуса (LCA) коју они овом приликом нису спровели. Санен и сарадници [Saanen et al. 2011], спроводе студију утврђивања еколошког утицаја будућих технолошких алтернатива у лукама. Као алат за предвиђање еколошког утицаја користе методе симулације, на основу које добијају податке о еколошком отиску луке кроз потрошњу горива, емисију издувних гасова од дизел мотора и емитовање буке. Аутори сматрају да је неопходна процена еколошког утицаја неке технолошке алтернативе значајно пре имплементације. На тај начин заинтересоване стране могу донети одлуке по којима је поврат од инвестирања у зелену технологију најповољнији. У процесу прогнозирања будућих ефеката алтернативне зелене технологије за луке, аутори користе поступак моделирања. Аутори презентују тзв. мапе топлотних извора за дефинисање кључних тачака емисије СО2 на терминалу где се користе РТГ дизалице. Затим врше упоређење конвенционалног логистичког пара РТГ дизалице и терминалског трактора са порталном дизалицом на шинама и аутономном шасијом за превоз контејнера (AGV). Још једно истраживање с циљем утврђивања методе или поступка за израчунавање CO2 на терминалу дају Чои и сарадници [Choi et al., 2015]. У овом раду испитивана је методa за процену емисија CO2 на контејнерским терминалима, чији је циљ успостављање система подршке при доношењу одлука које се тичy унапређења стања животне средине. Уз помоћ 57

71 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања предложене методе олакшава се израда плана или конструкција терминала са сниженом емисијом CO2. Наиме кроз симулирање активности на терминалу могуће је коришћењем предложене методе претпоставити емисије CO2. Метода користи информације о броју контејнерске опреме, рутама кретања и броју радних сати у употреби. Ове информације заједно с коефицијентима емисије CO2 омогућавају израчунавање укупне емисије на терминалу. Овај приступ може се и користи за мониторинг емисија на терминалу. Јанг и Лин [Yang & Lin, 2013] изводе упоређење перформанси четири машине лучко-контејнерске механизације из еколошке перспективе. Извршено је упоређење аутоматизоване и конвенционалне РМГ дизалице и електричне и конвенционалне РТГ дизалице. Аутори су мерили перформансе на основу критеријума радне ефикасности, потенцијала за уштеду енергије, горива и смањење емисије CO2. Изведен је закључак да аутоматизоване РМГ дизалице и електричне РТГ дизалице представљају оптималне еколошке машине за потребе складиштења контејнера и одржавање терминала. Лонго и сарадници, [Longo et al., 2014] дају приказ најсавременијих технологија које су повезане са питањима одрживости животне средине у окружењу лука. Аутори су развили флексибилно решење чија сврха је подршка у формирању еколошких стратегија лучких управа. У раду се указује на чињеницу да дизајн за животну средину (DfE) може бити од посебног значаја за лучке активности, а посебно оне луке које се налазе у непосредној близини урбаних области. Као пример приказују неке од познатијих италијанских лука, попут Палерма. У другом делу рада аутори представљају флексибилан модел који ce могу симулирати активности у већини лука (са различитим врстама терминала) и измерити еколошки утицаји сваке активности на терминалу. У раду је презентован пример спровођења what if метода у којој је извршена симулација сценарија који одговара свакодневној активности. Као пример иницијалног сценарија изабрана је лука у Палерму. У оквиру примера извршено је упоређење еколошких последица стандардне РТГ дизалице и 58

72 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања РТГ дизалице са уграђеним системом за рекуперацију енергије. Различити режими рада РТГ дизалице узети су у разматрање, ради добијања података за анализу. На основу симулације могуће је утврдити период повратка уложених средстава у системе за уштеду енергије. Аутори сматрају да је симулациони модел једноставан за коришћење и ефикасан као алат за упоређење алтернативних сценарија, од конструкционих фаза развоја који се тичу еколошких питања, до економских разматрања инвестиционог улагања. Даљим развојем what if методе она се може користити код симулирања сценарија која се тичу питања отпада, превоза отровних и опасних материја Преглед истраживања примене методе LCA лучку механизацију и сродне области Због скромног избора доступне литературе која обрађује примене студије LCA на лучко-контејнерску механизацију у наредном делу презентовани су поред примера примене LCA на лучку механизацију и примери примене LCA на сродне врсте машина попут дизалица или грађевинске и рударске механизације. С обзиром на то да се у наведеним истраживањима ради о машина с дугим радним веком одређене аналогије у спровођењу тих студија LCA могу се односити на лучко-контејнерску механизацију, те их не треба занемарити. Шевалије, [Chevalier, 2009] разматра приступ дизајна животног циклуса у раним фазама пројектовања. За пример изабрано је разматрање потенцијала за оптимизацију РТГ дизалица и извршена процена евентуалног еколошког унапређења кроз примену система за складиштење потенцијалне енергије терета. Аутор испитује употребу контратега масе једнаке маси напуњеног контејнера. Ово решење пореди са модерним решењима попут замајаца за складиштење енергије и хибридних система с ултракондезаторима. У раду се спомиње концепт животног циклуса, али сама студија није спроведена. Уместо LCA студије дате су основне претпоставке које би се могле користити даљим истраживањима. 59

73 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања Вујичић [Вујичић, 2010] у оквиру магистарске тезе презентује поступак спровођења студије LCA на примеру конвенционалне РТГ дизалице са освртом на еколошку ефикасност хибридне РТГ дизалице. Аутор закључује да потенцијал за еколошко унапређење код хибридне дизалице није компромитован иницијалним негативним ефектом фазе производње, али наглашава да само уградња система за рекуперацију енергије на постојећу дизалицу није довољна. Оптимално решење за хибридне РТГ дизалице је да се осим система за рекуперацију енергије и генератора променљиве брзине уграђују ефикаснији дизел агрегати новије генерације са мањом радном запремином и SCR 13 катализаторима. Зрнић и Вујичић [Зрнић и Вујичић, 2011] дају препоруке за смањење емисије CO2 у лучким контејнерским терминалима кроз замену конвенционалних РТГ дизалица модерним хибридним РТГ дизалицама. Аутори наглашавају да је принцпип рада РТГ дизалице погодан за уградњу хибридних система јер маса контејнера од 40 тона може представљати потенцијалну енергију за складиштење у ултракондезаторима. Та енергија терета се код конвенционалних дизалица приликом спуштања контејнера заправо претвара у топлоту кроз хабање и загревање отпорника. Еколошку ефикасност потврђују на основу резултата прикупљених у раније спроведеној LCA студији [Зрнић и Ђорђевић, 2012]. Остад и Коладо-Руиз [Ostad & Collado-Ruiz, 2011], разматрају превазилажење потешкоћа у спровођењу студије LCA кроз примену параметризације. Наиме, аутори наглашавају да обим неопходних информација и захтевност и комплексност у прикупљању истих представљају главну препреку у коришћењу LCA студије. Указују да је значајан број података и параметара доступан већ у раној фази развоја производа. То доказују на примеру обртне дизалице са зглобном стрелом, за коју сматрају да се ради о производу довољне комплексности да потврди хипотезу о примени параметризације. У раду се спроводи формирање базе инвентара, на основу информација из фазе конструисања, уз истовремено 13 Selective catalytic reduction (SCR). Селективна каталитичка редукција омогућава раздвајање азотних оксида NO x на повољније облике N 2 и H 2O. 60

74 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања презентовање алата за спровођење процене. Развој параметаризованог модела спроведен је у три корака. У првом кораку извршено је прикупљање података о кључним конструкционим параметрима кроз анкетирање произвођача дизалица. Затим је спроведена студија LCA за репрезентативну дизалицу истог произвођача. Извршена је анализа и упоређење конструкционих параметара добијених од произвођача и базе инвентара добијене из LCA студије. Конструкциони параметри који утичу на резултате LCA студије су дефинисани су као примарни параметри. Параметри из којих је могуће израчунати базу инвентара LCA дефинисани су као секундарни параметри. Приступљено је упоређивању односа између примарних и секундарних параметара. Извршена је валидација параметарског модела кроз још шест дизалица, различитих димензија и карактеристика. Параметризовани модел је приказан кроз 13 примарних параметара. Они су повезани са секундарни параметрима и базом инветара преко формула, статистичких или стварних релација. Ради даљег коришћења утврђених релација, исте су обухваћене и сублимиране у софтверски алат. На тај начин аутори омогућавају дизајнерима и конструкторима да у раној фази развоја дизалице добију визуелизацију и референцу еколошког утицаја неког модела. Дефинисана су три индикатора директно повезана са масом, еколошким утицајем и релативним референтним тачкама. У резултатима је утрвђено да модели не одступају више од 4% од стварних дизалица. Аутори закључују да је прогноза еколошког утицаја дизалице могућа у раној фази конструицања. Статистичка процена изведена из софтверског алата може се даље унапређивати за коришћење различитих врста дизалица. Евентуално утврђена одступања могу побољшати разумевање релације између изабраног модела и крајњег еколошког утицаја дизалице. Потенцијал параметријског приступа могуће је проширити и на друге врсте производа. Зрнић и Вујичић [Зрнић и Вујичић, 2012] разматрају начине евалуације еколошке ефикасности модерних технологија које се развијају и примењују за лучко-контејнерску механизацију. Аутори као алат за процену еколошке ефикасности препоручују методу LCA. Препоруку потврђују указујући на 61

75 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања скривене негативне ефекте појединих технологија, које је неопходно утврдити у раној фази истраживања за шта тврде да је најефикаснија метода LCA. Као пример изводе упоређење три врсте РТГ дизалица: конвенционалне, хибридне и потпуно електричне које су у моменту истраживања представљале последњу реч технике. Ким и сарадници, [Kim et al., 2012] анализирају ефекте стратегије електрификације лучке механизације у циљу смањења ГСБ. Утврђивање ефекасности спроведено је кроз компаративну LCA студију, упоређењем конвенционалног дизел терминалског трактора и електричног терминалског трактора у луци Лос Анђелес. Резултати студије указују да је промет контејнера у луци Лос Анђелес главни узрочник емисија повезаних са манипулисањем терета. Аутори закључују да без обзира на обим смањења емисије ГСБ по возилу, до укупног смањења не може доћи због повећаног интензитета претовара контејнера и пораста броја терминалских трактора у експлоатацији. Према овом истраживању једини начин да се емисије ГСБ смање на ниво од пре их је смањење броја контејнера. Електрификација омогућава смањење емисије по возилу, али остаје питање преусмеравања последица емитовања ГСБ на електране. Ипак и то се сматра позитивним решењем јер се луке често налазе у густо насељеним областима. Ефекат смањења ГСБ је у директној релацији са уделом обновљивих извора енергије у производњи електричне енергије. Коначно, аутори указију на дилему лучких управа и произвођача опреме. Да ли да производе еколошки ефикасније моторе с унутрашњим сагоревањем за потребе контејнерске опреме или да процес електрификације даље разматрају? Аутори закључују да је најоптимистичнији сценарио да се емисије ГСБ могу смањити ниво пре године само у случају имплементације свих еколошких иницијатива, што није могуће пре године. У суженом избору доступне литературе која се тиче тематике примене студије LCA на примерима великих механизационих машина (грађевинских и рударских) издваја се поједностављена студија LCA тракастог транспортера роторног багера аутора Ђорђевића и сарадника [Ђорђевић и сарадници, 62

76 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања 2015]. Циљ аутора је да презентују најзначајнија питања која се тичу еколошког утицаја тракастог транспортера. У раду се дају препоруке за даље унапређење транспортера кроз оптимизацију функционалности машине, смањење потрошње при експлоатацији и боље планирање одржавања. С обзиром на то да се ради о поједностављеној студији где су одређене претпоставке усвојене ради смањења сложености, аутори сматрају да спроведена студија представља добру основу за потпуну LCA студију. Ипак, без обзира на чињеницу да се ради о поједностављеној студији, иста пружа јасне информације о томе која је фаза животног циклуса транспортера еколошки најоптерећенија. Принципи презентовани у предметном раду могу се применити и на LCA студије других великих система механизације и непрекидног транспорта. За разлику од претходног рада, Буњо и Гутијерез [Buño & Gutierrez, 2010] уместо поједностављеног спровођења LCA студије за целу машину механизације, врше спровођење потпуне LCA студије за део дизалице. Наиме, аутори спроводе еколошко поређење два производна дела дизалице за потребе Компаније ХИАБ. Делови који су испитани су греда дизалице и носећа структуре дизалице. Спроведена студија даје еколошку перспективу процеса производње наведених делова и омогућава произвођачу да изабере еколошки најефикаснију кроз идентификовање кључних питања и испитивање алтернатива. Аутори констатују да употреба челика веће чврстоће омогућава смањење димензија дизалице и тиме уштеде у маси које дозвољава већу дужину стреле и веће радне висину. За спровођење LCA студије аутори су користили софтверску апликацију SimaPro. Вујичић и сарадници [Вујичић и сарадници, 2013] испитују еколошку ефикасност лучке-контејнерске механизације која се сврстава (или карактерише) као механизација нулте емисије. Аутори испитују еколошку ефикасност применом методе LCA на примеру две најзаступљеније машине на контејнерском терминалу: РТГ дизалице и терминалског трактора. Конвенционалне машине се упоређене са потпуно електричним моделима. Истраживање и спроведена додатна анализа указују на условну еколошку 63

77 3. Преглед и анализа досадашњих истраживања исплативост која је у значајној мери детерминисана извором електричне енергије. Аутори су закључили да је ефикасност електрификације лучкеконтејнерске механизације израженија код великих машина. У конкретном примеру електрификација РТГ дизалица је апсолутно оправдана, док је исту код терминалског трактора могуће довести у питање. Зрнић и Вујичић [Зрнић и Вујичић, 2013] презентују приступ карактеризацији еколошког утицаја лучке-контејнерске механизације на примеру терминалског трактора. Аутори применом правила концепта животног циклуса врше поређење четири модела терминалског трактора. За карактеризацију еколошког утицаја изабрани су следећи терминалски трактори: конвенционални дизел трактор, електрични-хибридни дизел трактор, потпуно електрични трактор и као последња новина хидрауличнихибридни трактор. Последњи због своје једноставности представља повољнију алтернативу у однису на електричне-хибридне тракторе. У истраживању је показано да еколошки ефекти који се односе на литијумске батерије код електричних терминалских трактора нису занемарљиви. Из тога разлога аутори закључују истраживање препорукама у циљу правилног означавање опреме која се користи на терминалима. Става су да је неоправдано оглашавање појединих модела трактора као еколошки пријатељским без преиспитивања целог животног циклуса. 64

78 4. Дефинисање методологије истраживања 4. ДЕФИНИСАЊЕ МЕТОДОЛОГИЈЕ ИСТРАЖИВАЊА У складу с проблемом и предметом истраживања, као и дефинисаним циљевима, коришћене методе у овој дисертацији у директној су релацији са концептом животног циклуса. Обзиром на свеобухватност која је карактеристична за истраживања концепта животног циклуса, као и припадајуће методе евалуације еколошког утицаја, одређења поједностављења истраживања су неизбежна. Централни део истраживања обликован је правилима методе процене животног циклуса (LCA) и релевантним сродним методама процене утицаја животног цилкуса (LCIA). За последње одабране су најзаступљеније проблемски оријентисане методе CML и TRACI и једна штетно оријентисана метода Eco-Indicator. Истраживање је заокружено применом what if методе и анализом осетљивости Метода процене животног циклуса Са појавом и ширим прихватањем концепта одрживог развоја неопходност постојања методе којом би се одмериле еколошке перформансе неког система, производа или активности постајала је све очигледнија. Из те потребе, уз све потешкоће карактеристичне за пионирски развој, метода процене животног циклуса добијала је ширу прихваћеност, да би данас заузимала централно место у научном кокусу одрживог развоја [Vezzoli & Manzini, 2008]. LCA метода као примењена (поједностављена) системска анализа пружа могућности за шира теоријска истраживање из кога је могуће и да се сама унапређује [Klöpffer & Grahl, 2014]. Из таквог положаја она је корисна за еколошко расуђивање, које је посебно значајно код развоја производа [Vezzoli & Manzini, 2008], [Ostad et al., 2009]. У покушају пружања конкретне дефиниције методе LCA, најсигурнијим се чини позив на међународни стандард ISO у оквиру кога је метода формално потврђена. Према [ISO 14040, 2006], метода LCA представља 65

79 4. Дефинисање методологије истраживања технику процене еколошких аспеката и потенцијалних утицаја повезаних са производом, кроз: формирање инвентара релевантних улаза и излаза из система производа; евалуацију потенцијалног еколошког утицаја повезаног са тим улазни и излазним вредностима; интерпретацију резултата анализе инвентара и процене утицаја фаза повезаних са циљем студије. Заокружујући формулацију ISO 14040, потребно је нагласити и то, да метода LCA обрађује све еколошке аспекте и потенцијалне утицаје производа у току животног циклуса од екстракције сировина преко производње, употребе и коначно одлагања [PE International, 2009]. Опште категорије еколошког утицаја које су предмет разматрања код LCA су потрошња природних ресурса, утицаји на људско здравље и еколошке последице Развој методе LCA У доступној литератури уочавају се разлике између аутора из Европе и Северне Америке око пионирских почетака везаних за концепт процене животног циклуса. Европски аутори усвајају истраживања Патрика Гедеса 14 из године за прве, јер се међу његовим истраживањима уочавају елементи теорије животног циклуса [Frischknecht, 1998]. Oн анализира питање енергије веома слично поступку формирања инвентара животног циклуса код данашње методе LCA, са приказима који би и данас били разумљиви. Континуитет развоја мисли о теорији животног циклуса наставља се почетком друге половине 20. века у радовима који указују на еколошка ограничења економског развоја [Ayres & Kneese 1969], [Georgescu- Roegen, 1971], до анализа енергетских токова који су значајно ближи садашњој LCA [Boustead & Hancock, 1979] и заокружења филозофије модерног концепта LCA [Heijungs et al., 1992], [Braunschweig et al., 1996]. 14 Patrick Geddes ( ) - Шкотски економиста и биолог 66

80 4. Дефинисање методологије истраживања Пионирски почеци методе LCA на простору Северне Америке везују се за годину и истраживања наручена од стране компаније Coca-Cola у вези са унапређивањима система паковања [Franklin, 1995]. Сматра се да су наведеним истраживањем постављени темељи за поступак формирања инвентара животног циклуса (LCI). На основу ових истраживања EPA је препознала могућности за унапређење технологије рециклаже и третмана отпада и развила сопствени приступ REPA (Resource and Environmental Profile Analysis). Приступ REPA задржава се готово две деценије до инаугурисања појма LCA на једној панел дискусији о питањима животне средине [Udo de Haes, 1996]. Интересовање за концепт животног циклуса заокружује се стандардизацијом начина спровођења истраживања већ године у серији стандарда ISO Ревизија ових стандарда извршена је године када су замењени јединственим стандардом ISO и допуном ISO [ISO 14040, 2006], [ISO 14044, 2006]. Почетком 21.века развој методологије је интензиван и oпштеприхваћен у Европи, САД и Јапану као најбоља методологија за утврђивање утицаја производа на животну средину [Vezzoli & Manzini, 2008]. низак степен значаја висок Geddes P, On the Classification of Statistics and its Results, Ayres & Kneese 1969 Соса- Соla Истраживање, 1969 Georgescu-Roegen, 1971 Pioneer LCIA US EPA, «REPA» Ecobalans, 1972 Boustead & Hancock, 1979 LCA source book, 1993 CML BUS Oekobilanzen von Packstoffen, 1984 Brundtland Commission,1987 ISO , 1994 SETAC US EPA, TRACI ISO 14040, 2006 хронолошки контекст Слика 4.1. Приказ хронолошког развоја методе LCA 67

81 4. Дефинисање методологије истраживања Након етаблирања концепта процене животног циклуса и дефинисања начина спровођења у оквиру међународног стандарда, преостале су само разлике између метода процене утицаја животног циклуца (LCIA) које се користе у Европи и САД. У Европи остаје најзаступљенија CML метода [Heijungs et al., 1992], а у САД метода TRACI [Bare et al., 2003] Life cycle thinking Разумевање концепта животног циклуса, његових импликација на производно-потрошачко окружење није могуће без разумевања начина размишљања који стоји иза перспективе животног циклуса. Поменути начин сублимиран је у апстрактном приступу кроз формирање кровне филозофије концепта који се назива Размишљање о животном циклусу (Life cycle thinking). Та формулација представља идеју холистичког преиспитивања производно-потрошачког система или његових последица. Иако се последњи појам у пуном интензитету академске расправе појавио неколико година након етаблирања методе LCA и њеног заокружења у серији стандарда ISO 14000, сада размишљање о животном циклусу окупља хронолошки старије методе из које је заправо настало слика 4.2. Основна идеја иза размишља о животном циклусу је потреба за повећањем свести о последицама антропогених активности на животну средину. Ако се прихвати чињеница да људске активности не могу остати без утицаја на животну средину [Vezzoli & Manzini, 2008], размишљање о животном циклусу може представљати извор информације или рађања свести о томе колики утицај на животну средину нека активност може имати, што олакшава избор оне с мањим последицама. Овакав приступ боље него било који други указује на скривене изазове прерасподеле утицаја на животну средину (burden shifting) [Heiskanen, 2002]. На тај начин обезбеђује се избегавање смањења утицаја у једној, а повећања у другој фази, што је интегрисано у основној идеји (која стоји) иза ове дисертације. 68

82 4. Дефинисање методологије истраживања Life cycle thinking S-LCA Social - Life Cycle Assessemnet IPP Integrated Product Policy Design for X DfE Design for Environment DfD Design for Disassembly LCM Life Cycle Menagement PSS Product Service System LCC Life Cycle Costs L C A Life Cyle Assessment LCI Life Cycle Inventory DfR Design for Recycling LCIA Life Cycle Impact Assessment LCD Life Cycle Design LCE Life Cycle Engineering друштвено-економски контекст техничко-технолошки Слика 4.2. Методе и приступи заокружени са Life cycle thinking Размишљање о животном циклусу осим кровног окупљања свих метода и приступа везаних за концепт животног циклуса све више је заступљено у друштвено-економским истраживањима. Наиме, централна метода размишљања о животном циклусу LCA више није прихваћена само као инструмент, већ институционализовани логички приступ решавању еколошких изазова [Heiskanen, 2002] Сврха, oпшти циљеви и поље примене LCA Cврха LCA је да прикупи и процени еколошке последице различитих опција за испуњење одређене функције, [Guinée et al., 2002]. Овим тумачењем остаје се у еколошком домену методе што је и суштинско одређење дисертације. Дефинисање сврхе у искључиво еколошком домену одређује и поља примене. Међутим, данас LCA метода подразумева значајно шири контекст од пружања објашњења еколошких последица животног циклуса неког производа. То се најбоље огледа кроз економску позадину питања концепта животног циклуса. Са становишта филозофије економије осиромашење 69

83 4. Дефинисање методологије истраживања природних ресурса није еколошко питање, већ економско [Вељковић, 2006]. Ако се већ нешто одреди у домен економског, немогуће је избећи и друштвена одређења [Vezzoli & Manzini, 2008]. Из тог разлога једноставном аналогијом изведена је метода трошкова животног циклуса LCC. Циљеви и поље примене LCA одређени су дефинисаном сврхом методе, али у сажетом облику се може говорити о методи чији је циљ обезбеђивање разумевања о сложености еколошких питања и сублимирања истих за потребе заинтересованих страна, са нагласком на подршку приликом доношења одлука [Guinée et al., 2002]. Таксативно, општи циљеви примене LCA су: Дефинисање оквира интеракције између дате активности и животне средине што је могуће интегралније. Допринос даљем разумевању сложености која се јавља код утицаја одређене активности на животну средину. Обезбебеђивање информација свим заинтересованим странама (посебно ауторитетима који доносе одлуке) које би могле да утичу на животну средину и које су у могућности да побољшају стање животне средине. Према [ISO 14040, 2006] стандарду за поље примене LCA може се сматрати следеће: Идентификацију могућности унапређења еколошких аспеката производа у различитим фаза животног циклуса; За доношење одлука у индустријској производним, владиним и невладиним организацијама (нпр: код стратешког планирања, дефинисања приоритета, дизајна производа и процеса или унапређење постојећих); Избор веродостојних индикатора утицаја на животну средину, и као техника мерења; Маркетиншке сврхе (процена еколошког утицаја, додела еко-ознака производима или декларације производа). 70

84 4. Дефинисање методологије истраживања Ограничења и критике методе процене животног циклуса Ограничења методе LCA није неопходно тражити ван оквира њених суштинских карактеристика које чине и најважније предности методе. Холистички приступ методе LCA може се сматрати и особином из које може проистећи прво кључно ограничења или недостатак [Ayres, 1995]. Анализирање животног циклуса неког производа (било дела или још захтевније целог циклуса) готово је немогуће без одређених поједностављења или претпоставки којим се та поједностављења усвајају. Друга особина LCA методе, је линеарност. Линеарно приказивање еколошких процеса подразумева ограничења. Ипак, реализација методе LCA на нелинеарном принципу довела би до додатног усложњавања, те је ово ограничење у одређеној мери разумљиво [Udo de Haes, 1996]. Од осталих ограничења могуће је идентификовати питања локализације и временски аспект. Еколошки утицаји утврђени LCA методом не урачунавају значај утицаја на локалном нивоу, нити се исти разматрају [Guinée et al., 2002]. На пример, загађење једног извора пијаће воде вреднује се истим фактором и за Африку и Европу, што у практичном смислу није исправно. Питање временског аспекта указује да је временски оквир константан, уместо да је динамички променљив. LCA студија не подразумева на експлицитан начин технолошке, тржишне и друштвене промене у временском оквиру животног циклуса [Guinée et al., 2002]. Управо због свега наведеног, а потврђено и ISO дефиницијом, метода LCA разполаже термином потенцијалног утицаја. Метода LCA јесте научно заснована, али подразумева значајан број претпоставки заснованих на техничким вредностима и статистички селектованим подацима. Управо претпоставке које су карактеристичне и саставни део процеса спровођења методе LCA представљају извор научних критика [Horne et al., 2009], [Ayres, 1995]. Из тог разлога се и у оквиру међунардне серије ISO стандарда инсистира на транспарентности приликом дефинисања претпоставки [ISO 14040, 2006]. 71

85 4. Дефинисање методологије истраживања 4.2. Поступак спровођења процене животног циклуса Поступак спровођења процене животног циклуса презентован је у складу са серијом стандарда ISO и смерницама којима је ова серија тумачена и образложена у доступној литератури. Први корак у спровођењу студије LCA најчешће је разматрање одређења функције производа или система ради јасније слике о правцу истраживања [Guinée et al., 2002]. У зависности да ли је функција производа чување садржаја (амбалажа) или је реч о комплекснијем систему (расхладни уређај) - могуће је формирати представу о комплексности студије. Због комплексности LCA студије, придржавање прописаних правила у спровођењу истраживања је обавезно. Кроз историјски развој методе, постојало је доста протокола различитих аутора, који су у оквиру разних приручника, упутстава и сличних докумената давали објашњења за спровођење студије LCA. Коначан, међународно признат и прихваћен протокол, утврђен је од стране ISO [ISO 14040, 2006]. Протокол за спровођење студије LCA, описан у међународној серији стандарда ISO 14040, назива се методолошки оквир за спровођење LCA студије, или истраживања и исти је приказан на Слици 4.3. Life Cycle Assessment framework Корак I (Goal and Scope) циљ и област дефинисаности Корак II (LCI) креирање базе инветара Корак III (LCIA) процена утицаја Корак IV тумачење (интерпретација) Области примене LCA Развој производа и еколошка оптимизација производа Стратешко планирање и управљање еколошким иницијативама (EMS) Подршка органима управљања јавног и приватног сектора Еколошко означавање Научно истраживачки рад Маркентиншке сврхе Остале области примене Слика 4.3. Методолошки оквир и кораци LCA студије [ISO 14040, 2006] 72

86 4. Дефинисање методологије истраживања Према овом методолошком оквиру процена животног циклуса се спроводи у четири детаљно описана корака, и то: 1. Циљ и области дефинисаности (Goal and Scope) 2. Инвентар животног циклуса (Life Cycle Inventory) 3. Процена утицаја животног циклуса (Life Cycle Impact Assessement) 4. Интерпретација или тумачење Циљ и област дефинисаности Попут дефинисања методолошког оквира LCA студије, тако су и појединачни кораци одређени ISO стандардима. Према [ISO 14040, 2006] циљ и област дефинисаности, подељени су на следеће кораке: -Циљ студије; -Област дефинисаности студије. И пратеће кораке којима се заокружује циљ и област дефинисаности: - Функција производа; - Функционална јединица (са дефинисањем референтног тока); - Границе система; - Опис категоризације и селекције података; - Квалитет података; - Критички извештај; - Извештај о спроведеној студији; Одређивање циља LCA обухвата изјажњење од примени, дефинисању сврхе и циљне групе којој се извештај студије обраћа. Ниједна од наведених тачака не може бити самостална, већ су међусобно повезане, јер сврха студије може условити циљну групу и обрнуто. Важно је напоменути и да коришћење LCA у компаративне сврхе мора бити унапред одређено, јер ce у том случају захтева критички преглед [ISO 14040, 2006]. 73

87 4. Дефинисање методологије истраживања Не умањујући значај осталих фаза поставке LCA студије, одређивање области дефинисаности представља формирање темеља студије. У процесу одређивања области дефинисаности систем производа се анализира, карактеризује и дефинишу се све претпоставке повезане са системом производа. Дефинисање параметара који покривају функцију производа и функционалану јединицу (са одређењем референтног тока) од посебног је значаја. Ради описа производа неопходно је дефинисање функције производа. То подразумева дефинисање очекиваних резултата од производа. У случајевима када се пореде различити производи, разлике у функционалностима производа морају бити документоване. Функционална јединица је квантификована дефиниција функције производа [ISO 14040, 2006] или квантификована перформанса система производа која се користи као референтна вредност [Frischknecht, 1998]. Код студија где је циљ компаративно одређење нагласак на функционалној јединици је још израженији. Да би се два производа упоређивала морају им бити одређене еквивалентне функционалне јединице. Део дефинисања функционалне јединице је и дефинисање референтног тока. Референти ток је мерило неопходног излаза из процеса изабраног производа потребних за остварење функције исказане функционалном јединицом [ISO 14040, 2006]. Сви подаци током фазе инвентара се односе на референти ток. Сви подаци који се користе у процени животног циклуса морају бити обрачунати и сразмерни са референтним током. Са дефинисањем функционалне јединице и граница система скелет студије је суштински формиран. Границе система одређују који процеси су укључени или искључени из процене животног циклуса. Ради лакшег праћења пожељно је описати процесе користећи дијаграм тока процеса, који показује процесe заједно са свим повезаним активностима. Пример општег описа граница система дат је на Слици

88 4. Дефинисање методологије истраживања Слика 4.4. Дијаграм токова и границе система [PE International, 2009] Кроз развој LCA приликом дефинисања граница система и одређења који процеси су укључени у анализу, дошло је до спонтаног формулисања терминологије повезане са четири основне границе система које се често додељују самој студији LCA. На тај начин постоји неколико опште прихваћених граница система које описују студији LCA: Процена животног циклуса од колевке до гроба (Cradle to Grave). Ово одређење представља устаљену формулацију за комплетну процену животног циклуса од узимања сировина из животне средине, производње материјала, компоненти производа, потрошње енергије и осталих процеса у фази стварања производа, те фазу транспорта и фазу употребе, до краја животног циклуса (који може бити рециклажа или одлагање). 75

89 4. Дефинисање методологије истраживања Процена животног циклуса од колевке до врата (Cradle to Gate). Подразумева све процесе од екстракције сировине до производне фазе и коначне припреме за испоруку производа до врата фабрике (не крајњег потрошача или корисника). Користи се да се одреди утицај на животну средину производње неког производа. Процена животног циклуса од врата до гроба (Gate to Grave). Наведена формулација укључује све процесе од момента почетка употребе производа до краја животног циклуса (сви пост-производни процеси). Користи се ради одређивања еколошког утицаја производа од момента напуштања фабрике. Процена животног циклуса од врата од врата (Gate to Gate). Подразумева све процесе искључиво у току производне фазе; користи се за одређивање утицаја једног производног корака или процеса на животну средину. Пример је утврђивање утицаја производње мотора СУС у фази производње аутомобила. Са развојем концепта животног циклуса и методе LCA, појављују се и следеће изведене опције студије [Jiménez-González et al., 2000], [Brinkman et al., 2005]: Процена животног циклуса од колевке до колевке (Cradle to Cradle). Наведено представља синоним за рециклажну производњу или производњу у затвореном циклусу (closed loop production). У овом случају извор сировина је рециклажни, док крај животног циклуса такође подразумева рециклажу. Из ове студије се развија концепт C2C - Cradle 2 Cradle који подразумева да производ на крају животног циклуса представља сировинску основу за почетак животног циклуса идентичног производа лимека се рециклира у лименку. Обзиром на све специфичности, спровођење C2C студије је посебно захтевно. Процена животног циклуса од извора до резервоара (Well to Tank). Под овом проценом подразумева се еколошка евалуација процеса екстракције сировине, производње, транспорта, складиштења и дистрибуције горива која се углавном користе за покретање мотора 76

90 4. Дефинисање методологије истраживања с унутрашњим сагоревањем. Ова процена се све чешће користи за евалуацију еколошког утицаја производње електричне енергије која се користи за погон транспортних или превозних система. Процена животног циклуса од извора од точка (Well to Wheel). Представља посебну процену еколошког утицаја производње и транспорта горива (или енергије) до превозног или транспортног средства и еколошког ефекта коришћења предметног горива или енергије у експлоатацији тог средства. Тако ова процена у себи може садржати процена као што су: од извора до станице (Well-to-Station), или од извора до резервоара (Well-to-Tank). Остале варијације попут од станице до точка (Station-to-Wheel) или од утичнице до точка (Plug-to-Wheel) мање су заступљене. Иако је предвиђено да LCA студије обухвати све процесе, често се са дефинисањем граница система дефинишу правила по којима се неки процеси искључују из истраживања. Правила за искључење у LCA студијама називају се cut-off критеријуми. Ови критеријуми се користе за дефинисање токова материјала који су искључени из процеса или система производа. Према cutoff критеријуму најчешће се искључују сви материјали или процеси који доприносе са мање од 5% укупне масе или са мање од 2% укупног утицаја на укупан резултат Инвентар животног циклуса Процеси везани за формирање инвентара животног циклуса представљају други од четири корака LCA одређених стандардом ISO Они подразумевају компилацију и квантификацију улазно-излазих вредности за изабрани систем производа кроз цео животни циклус или појединачан процес. Формирање, или креирање инвентара подразумева прикупљање и компилацију података у табелу инвентара животног циклуса (LCI) [ISO 14040, 2006]. 77

91 4. Дефинисање методологије истраживања Слика 4.5. Прикупљање и израчунавање података за базу инвентара [PE International, 2009] Процес стварања инвентара животног циклуса је итеративан [PE International, 2009]. Како се напредује и унапређује познавање система, почетне вредности се могу мењати како би се испунио постављени циљ студије. Понекад, појављују се питања која намећу ревизију или промену циља и области дефинисаности студије. Када се сви подаци прикупе, база инвентара за цео производ је креирана. LCI се често представља као табела пописа свих улазно-излазних вредности материјала и енергије система. Детаљи о процесу прикупљања и калкулације података дати су у оквиру ISO [ISO 14040, 2006]. Од важнијих процеса у формирању инвентара животног циклуса убрајају се класификација и прорачун инвентара. 78

92 4. Дефинисање методологије истраживања Класификација представља најзахтевнији процес у целој студији LCA, посебно са становишта времена и ангажованости [Guinée et al., 2002]. Садржи квантитативно и квалитативно прикупљање података за сваки процес система. Подаци се углавном класификују на следеће групе [PE International, 2009]: Улазна енергија Улазне сировине Споредни утицаји Остале улазне физичке вредности Производи Пратећи производи Отпад Емисија у ваздух, воду и земљиште остали еколошки аспекти Прорачуна инветара, обухвате следеће кораке, који могу бити извршени и пре прорачуна инвентара [PE International, 2009], као што су: валидација прикупљених података, повезивање података са одговарајућим процесима и повезивање података са функционалном целином Процена утицаја животног циклуса Трећи корак студије LCA први пут од почетка студије врши повезивање добијених података са питањима животне средине [ISO 14040, 2006]. Због свог значаја процена утицаја животног циклуса (LCIА) сматрала се посебном методoм [Guinée et al., 2002]. Према [ISO 14040, 2006] методе процене утицаја су интегрални део LCA. У овој фази идентификује се и оцењује количина и значај потенцијалних утицаја који су прикупљени у бази инвентара. Сагласно [ISO 14040, 2006] утврђени су следећи кораци фазе LCIА: Избор утицајних категорија, индикатора утицаја што се обједињује процесом карактеризације; Класификација; 79

93 4. Дефинисање методологије истраживања Нормализација; Груписање; Пондерисање; Анализа квалитета података; Улазно-излазне величине се прво додељују утицајним категоријама и њихов потенцијал се квантификује према факторима карактеризације. Опционални елементи ове фазе који се могу спровести након класификације и карактеризације су пондерисање, нормализација, евалуација или груписање. Наиме, када се прикупе резултати LCI они се класификују у релевантне категорије, а затим се врши карактеризација што је приказано у Табели 4.1. Карактеризација описује и квантификује утицај на животну средину анализираног система производа. Карактеризациони фактори су садржани у методама утицајних категорија као што су CML или TRACI. Табела 4.1. Пример класификације и карактеризације LCI (Инвентар) LCIА (Процена утицаја) Токови Вредности Класификација Карактеризација Пондерисање* CO [kg] 310, kg CO2 x 1 CO2 [kg] 1.250,00 GWP [kg CO2eq.] 310 kg CO x 3 CH4 [kg] 250, kg CH4 x 25 SO2 [kg] 15,00 15 kg SO2 x 1 NOx [kg] 50,00 AP [kg SO2eq.] 0.05 kg HCl x 0,88 HCl [kg] 0,05 50 kg NOx x 0,7 PO4 [kg] 5,00 5 kg PO4 x 1 NH3 [kg] 15,00 EP [kg PO4eq.] 15 kg NH3 x 0,33 и др kg NOx x 0,13 *Пондерисање представља опциони поступак 8.430,00 kg CO2eq. 50,04 kg SO2eq. 16,45 kg PO4eq. = kg CO2eq. x30% = 50,04 kg SO2eq. x40% = 16,45 kg PO4eq. x50% 80

94 4. Дефинисање методологије истраживања Интерпретација У последњем кораку студије LCA спроводи се интерпретација, провера и оцена резултата ради утврђивања конзистентности са циљем и облашћу дефинисаности и ради завршетка студије. Према [ISO 14044, 2006] фаза интерпретације мора бити подељена следећа три корака: 1. Идентификација значајних проблема 2. Евалуација 3. Закључци, препоруке и извештај Идентификација значајних питања усмерава даље кораке. Због великог обима прикупљених података, једино корисно у разумном временском року и расположивим ресурсима је обратити пажњу на елементе који значајно доприносе укупном исходу резултата. Значајна питања могу представљати: елементи инвентара као потрошња енергије, значајни одлив материјала, отпад и емисије, категорија утицаја за које постоји посебан интерес или чија је количина забрињавајућа и основни допринос резултатима фаза животног циклуса LCI или LCIА као што су групни или појединачни процеси (нпр. транспорт, производња енергије). Циљ евалуације је да унапреди поузданост студије [Guinée et al., 2002]. Евалуација подразумева три корака, односно провере: проверу потпуности, осетљивости и потпуности. Провером потпуности се утврђује да ли су обрађене све информације од значаја за испуњење циља и области дефинисаности. Провером осетљивости утврђује се утицај евентуалних недоследност у подацима, претпоставкама, алокацији и прорачуну утичу на крајње резултате. Последњом провером испитује се конзистентност употребљених метода и циља и области дефинисаности. Последњи део корака интерпретације животног циклуса је обезбеђење закључка који може бити препорука или извештај циљној групи којој је LCA намењена [Guinée et al., 2002]. Извештај процене животног циклуса потребно је презентовати обухватним документом који поседује резултате LCA и LCIА, као објашњење методе LCIА које су коришћене [ISO 14044, 2006]. 81

95 4. Дефинисање методологије истраживања Методолошки приступ LCA студије у GaBi апликацији Већина софтверских апликација за спровођење LCA студије подразумева сличан методолошки приступ, али се сматра да софтверска апликација GaBi 15 као најзаступљенија, у највећој мери обухвата суштину концепта животног циклуса и поступке спровођења LCA студије према ISO [Atilgan & Аzapagic, 2015], [Haselbach & Langfitt, 2015]. У софтверској апликацији GaBi израчунавање потенцијала еколошког утицаја, обавља се у оквиру пројекта који садржи план који обухвата сваки производ појединачно или компоненту производа ако се ради о сложеним системима [PE International, 2009], [Van Duinen, 2009]. У једном пројекту може бити више планова. У оквиру плана дефинишу се појмови процеса и токова. Преведено у принципе LCA под планом се могу подразумевати границе система, а процеси су заправо активности везане за производ (производња, транспорт и др.). Токови су улазне и излазне величине система повезане са планом (односно границама система). Листа токова, односно улазних и излазних вредности заправо је инвентар животног циклуса (LCI). Даљом анализом методолошког приступа софтверске апликације GaBi уочава се подела у оквиру токова. Сви улазни токови у систем производа који потичу из животне средину (нпр. енергетске сировине) или излазе из система у животну средину (попут емисије СО2) називају се елементарним токовима [Van Duinen, 2009], [PE International, 2009]. Софтверска апликација GaBi садржи податке о највећем броју токова [PE International, 2009]. Подаци садрже све релевантне информације од карактеризације према маси, енергетским вредностима, па чак и информације о трошковима за потребе студије LCC коју GaBi подржава. На основу информација о токовима врши се класификација и карактеризација утицајних фактора према правилима методе за процену утицаја LCI коју корисник изабере. GaBi обрађују методе проблемно оријентисане методе CML, TRACI, EDIP и штетно оријентисане методе EcoIndicator, Ecoinvent и др. 15 GaBi скраћено од немачког Ganzheitliche Bilanzierung холистичко билансирање 82

96 4. Дефинисање методологије истраживања 4.3. Утицајне категорије и методе процене утицаја Категорије утицаја на животну средину Са становишта концепта животног циклуса категорије утицај на животну средину представљају научно дефинисање које супстанце доприносе ком еколошком проблему. У том циљу дефинишу се индикатори којима се исказује еколошки потенцијал одређене утицајне категорије, мери стопа одрживог развоја или врши еколошко означавање. Утицајне категорије могу се разврстати на више начина. Према начину утицаја односно размени материје, просторног и временског оквира [Vezzoli & Manzini, 2008]. Према начину утицаја дели се на: Емисије супстанце (ослобађање супстанце у животну средину) Екстракцију супстанце (потрошњa ресурса из животне средине) Према просторном и временском оквиру, дели се на: Просторни (у зависности од географске амплитуде) o Локални ниво (када се ефекти јављају у непосредној близини производних система, као разарање земљишта, депоније); o Регионални ниво (када се ефекти шире преко одређеног географског или територијалног подручја, попут загађење међународних водених токова и сл.) o Глобални ниво (Пример су климатске промене) Временски (у зависности од трајности и дужине настанка последице) o Краткорочно o Средњерочно o Дугорочно Категорије загађења које настају услед емитовања супстанце у животну средину, неизоставно се разматрају и део су процеса категоризације утицаја на животну средину код већине LCA студија [Heijungs et al., 1992], [Bare et al., 2003], [Stranddorf et al., 2005], [Vezzoli & Manzini, 2008], [PE International, 83

97 4. Дефинисање методологије истраживања 2009]. У те категорије утицаја најчешће су убрајају следеће: глобално загревање, осиромашење озонског омотача, смог, ацидификација, еутрофикација, те утицаји категорије еколошке токсичности по људе, земљиште и воде. У наставку су презентове најзаступљеније категорије утицаја и препоруке за њихово израчунавање Глобално загревање Без обзира што је општа заинтересованост за питање глобалног загревања кроз јавну расправу произвела и одређен број тумачења којима се исказује контроверзан став да се глобално загревање заправо и не дешава, ипак можемо сматрати да је предметна појава научно доказана и верификована [Hartmann et al., 2013], [Cook et al., 2013], [Oreskes, 2004] те у домену дискурса ове дисертације биће аксиомски прихваћена. Глобално загревање (често изједначено или повезивано са климатским променама) представља глобално прихваћен синоним за појаву уоченог повећања просечне температуре Земљиног климатског система у периоду од једног века. Глобално загревање подразумева повећање температуре не само атмосфере, већ и Земљине површине укључујући и водене површине. Механизам глобалног загревања доминантно долази од промена у атмосферској структури те се сматра да је исти последица повећања концетрације гасова стаклене баште [IPCC, 1996]. Са становишта концепта животног циклуса и методе LCA, глобално загревање представља категорију утицаја на животну средину која се готово обавезно израчунава при свакој студији [Heijungs et al., 1992], [Bare et al., 2003]. Ова категорија исказује се као потенцијал глобалног загревања 16, са јединицом мере: угљен-диоксид еквивалента (CO2-eq.). Обзиром на временски период задржавања гасова у атмосфери, ефекту се приписује временски оквир који је неопходно одредити. Код GWP то је најчешће период од 100 година. 16 Потенцијал глобалног загревања означава се са: GWP (Global Warming potential) 84

98 4. Дефинисање методологије истраживања Поступак за начин израчунавања GWP, дат је у препорукама Оквира конвенције о климатским промена УН-а (UNFCCC, 2003), Међународног панела за климатске промене [IPCC, 1996], те исти се користи и код најзаступљенијих метода процене утицаја CML и TRACI [Heijungs et al., 1992], [Bare et al., 2003]. GWP представља поједностављени индикатор својства одређених супстанци да емитују зрачење које утиче на климатске промене. Заснива се на бројним факторима, попут ефикасности зрачења одређене гаса, односно супстанце (способности да апсорбује инфрацрвено зрачење) и времена распада у релативном односу на угљен-диоксид. Израчунавање GWP према [IPCC, 1996] презентовано је једначином 4.1. (4.1) Где је: ТН - Временски период за који се израчунавање односи; ax - Ефикасност зрачења гаса, повезана са повећањем присутности гаса у атмосфери исказана у јединици [Wm 2 kg 1 ]; х(t) - Време распада гаса, повезано са смањењем присутности у атмосфери, где је за вредност t=0 усвојен тренутно испуштање у атмосферу; Величине у имениоцу се односе на гас који изабран као референтан, а у овом утицају то је СО2: аr - Ефикасност зрачења СО2; r(t) - Време распада СО2, повезано са смањењем присутности у атмосфери, где је за вредност t=0 усвојен тренутaн распад. 85

99 4. Дефинисање методологије истраживања Ацидификација Ацидификација, односно закисељавање 17 представља прекомерно повећање степен киселости ваздуха, земљишта или воде. Према [OECD,?] дата је дефиниција ацидификације као агрегатне величине појединих супстанци да искажу потенцијал ацидификације, који се израчунава преко фактора сумпора-диоксида (SO2), азота (N) и амонијака (NH3) у еквивалентима водоникових јона (Н + ). Ацидификација је еколошки неповољна појава у којој се гасови веће киселости емитовани у атмосферу кроз реакцију са алкалним једињењима враћају на земљу у облику падавина (киселе кише) чиме повећавају степен киселости земљишта и воде. Са становишта повезаности са лучким активностима иста се може наћи у емисијама издувних гасова дизел агрегата, посебно када користе гориво с високом концетрацијом сумпора. Са позиције концепта студије LCA, потенцијал ацидификације са исказује у сумпор-диоскид еквиваленту (SO2-eq.) или хидрон еквиваленту (Н + eq.). Најзaступљенија једначина (4.2) по којој се израчунава потенцијал ацидификације [Heijungs et al., 1992] је следећa: (4.2) Где је: Vi Mi - Потенцијал ацидификације једињења i - Јединица масе једињења i VSO2 - Потенцијал ацидификације референтог једињења (SO2) MSO2 - Јединица масе референтног једињења (SO2) 17 Превод феномена ацидификације није успостављен, али на основу литературе из области пољопривреде јавља се појам закисељавања земљишта, који подразумева иста својства као и ефекат ацидификације земљишта. У осталим језицима словенског порекла (руски, украјински, пољски), за ефекат ацидификације користе се изрази слични закисељавању. 86

100 4. Дефинисање методологије истраживања Еутрофикација Еутрофикација представља повећање концентрације минерално богатих материја у еко-систему до нивоа вишег природно успостављеног. Настаје када фосфати (РО4), соли или фосфорне киселине, азотни оксиди и соли азотне киселине, амонијаци (NH3), азот оксид (N2О), и гасовити азоти (N2) емитовани у животну средину доводе до хиперфертилизације. Овим процесима подложне су споре воде, где је релативна брзина размене воде ниска и знатно олакшава акумулацију супстанци еутрофикације. Иако се фосфорна једињења сматрају као најважнија супстанца која доприносе еутрофикацији EPA сматра да утицај азота је доминантан код еутрофикације приобалних морских површина (ЕРА, 2008, Ecological Society of America 2000). Потенцијал еутрофикације се означава са ЕР, а исказује у PO 4-eq. Према [Heijungs et al., 1992] израчунава се једначином: (4.3) Где је: γi - Стехиометријски коефицијент референтног једињења [PO4 3- ] или упоредне супстанце; Mi - Молекуларна маса референтног једињења [PO4 3- ] или упоредне супстанце; Смог Смог 18 представља ваздушно загађење услед емитовања продуката сагоревања фосилних горива. Према начину настајања дели се на зимски смог (кисели смог) и летњи (фотохемијски) смог. Зимски смог јавља се током зимских периода као последица емисије издувних гасова возила и грејања у домаћинствима (углавном на чврста горива или мазут) када долази до стварања високе концентрације честица 18 Етимолошки представља комбинацију енглеских израза за дим и маглу (smoke & fog) 87

101 4. Дефинисање методологије истраживања чађи и сумпор-диоксида (SО 2 ) у ваздуху. Сматра се да је зимски смог изузетно неповољан по здравље људи [Pope et al., 2002]. Летњи или фотохемијски смог настаје у летњем и сунчаном периоду када угљоводоници (СxНy) и азотни-оксиди (NОx) под утицајем фотолизе реагују са азот-субоксидом (N2O) стварајући високе концентрације озона О3, угљенмоноксида (CО) и испарљивих органских једињења 19 у атмосфери. Летњи смог је штетан по здравље људи, има негативне ефекте на флору и фауну и изазива озбиљна оштећења усева и плодова. Нека испарљива органска једињења (нпр. алдехиди) иритирају дисање, док друга могу бити токсична за биљке. У студијама LCA углавном се обрађује потенцијал за стварање летњег фотохемисјког смога у облику потенцијала за стварање фотохемијског озона 20. Према [Heijungs et al., 1992] POCP се израчунава једначином: (4.4) Где је: ai bi(t) ac2h4 - Промена концетрације озона услед емисије VOC - Укупна емисија VOC у функцији времена (t) - Промена концетрације озона услед емисије етилена bc2h4(t)- Укупна емисија етилена у функцији времена (t) 19 Испарљива органска јединињења, најчешће: алдехиди, кетони, угљоводоници, итд. У литератури углавном скраћено VOC (Volatile organic compounds). 20 Потенцијал за стварање фотохемијског озона, скраћено: POCP (Photochemical Ozone Creation Potential) 88

102 4. Дефинисање методологије истраживања Осиромашење озонског омотача Озонски омотач сачињен од озона O3 налази се у стратосфери (на висини од 15 до 50 од Земљине површине) формиран је од и од суштинског је значаја за живот на земљи. Представља заштиту од ултраљубичастог зрачења, јер омогућава да само мали удео истог допире до земљине површине. Процес осиромашења (уништавања) озонског омотача изазван је антропогеним емисијама флуорисаниугљоводоника CFC, HCFC и азотних-оксида NOX. Осиромашење озонског омотача доводи до повећења температуре Земље и повећане изложености људи, флоре и фауне ултраљубичастим зрачењима. Потенцијал осиромашења озонског омотача који се користи у LCA студијама и еколошким истраживањима означава се са ODP (Ozone Depletion Potential), а референтно једињење је угљеникомтрифлорметан (CCl3F) или еквивалентне ознаке (CFC-11). Потенцијал осиромашења озонског омотача израчунава се по формули [Heijungs et al., 1992]: (4.5) Где је: δ[o3]i - Осиромашење озонског омотача изазвано јединицом гаса (i) δ[o3]cfc-11 - Осиромашење озонског омотача изазвано јединицом гаса CFC Методе процене утицаја животног циклуса С обзиром на чињеницу да се метода процене утицаја у одређеном периоду пре међународне стандардизације LCA могла се посматрати као самостална метода, она је тако и развијана. Преко LCIА метода могу се уочити и разлике између метода које се примењују у САД и Европи. Одређивање, тј. процењивање утицаја на животну средину одређеног једињења/процеса дозвољава одступања у дефинисању значаја, према географском, друштвеном, економском или другом критеријуму. Из тог разлога постоји 89

103 4. Дефинисање методологије истраживања велики број метода које се континуирано истражују и развијају од стране научних група на основу различитих захтева и циљева. Сврха метода за процену утицаја животног циклуса је да квантификује и класификује податке из базе инвентара у неког од категорија утицаја, које су у претходном поглављу описане. У следећој итерацији метода за процену утицаја животног циклуса одређује какав је средњерочни утицај на животну средину (проблемно оријентисане методе) или коначан утицај (штетно оријентисане методе. Сагласно наведеном, подела методе процене утицаја је следећа: Проблемно оријентисане методе (средњорочно одређење утицаја) Штетно оријентисане методе (коначно одређење утицаја) Слика 4.6. Преглед метода LCIA у зависности од оријентације Методе CML и TRACI Две најзаступљеније проблемски оријентисане методе за процену утицаја су CML и TRACI. Прва метода развијена од стране Института за еколошке науке Универзитета Лајден из Холандије јесте најзаступљенија метода и сматра се најкомплентијом проблемски оријентисаном метода [Heijungs et al., 1992]. Иста је интегрисана у све значајније софтверскe алате за спровођење LCA студије. Утицајни фактори изведени су углавном на основу база података из Европе. 90

104 4. Дефинисање методологије истраживања Табела 4.2. Упоредни приказ категорија утицаја према CML и TRACI методи CML TRACI Назив Global Warming Potential Превод Потенцијал глобалног загревања Ознака Јединица Назив Превод GWP [kg CO2eq.] Global Warming Air Глобално загревање ваздуха Ознака Јединица GWP [kg CO2eq.] Acidification Potential Потенцијал ацидификације AP [kg SO2eq.] Acidification Air Ацидификација ваздуха AP [mol H+ eq.] Eutrophication Potential Потенцијал еутрофикације EP [kg PO4eq.] Eutrophication Air/Water Еутрофикација ваздуха или воде EP [N eq.] Ozon Depletion Potential Потенцијал осиромашења озонског омотача ODP [kg R11eq.] Ozon Depletion Air Осиромашења озонског омотача ODP [kg CFC11eq.] Photochemical Ozon Creation Potential Human Toxicity Potential Потенцијал за стварање фотохемијског озона Потенцијал токсичности за људе POCP [kg Eth.-eq.] HTP* [kg DCB eq.] Smog Air Смог (зимски) [kg NOx eq.] Human health cancer Air/Water Утицај на здравље људи (канцерогене материје) [kg С6Н6]* Terrestric Ecotoxicity Potential Потенцијал копнене токсичности TETP [kg DCB eq.] Ecotoxicity Air Еколошке токсичности у ваздуху [kg С6Н6]* Fresh Aquatic Ecotoxicity Potential Потенцијал токсичности за воде FAETP [kg DCB eq.] Ecotoxicity Water Еколошке токсичност у води [kg 2,4-D eq.]* Marine Aquatic Ecotoxicity Potential Потенцијал токсичности за морске воде MAETP [kg DCB eq.] Ecotoxicity Water Еколошке токсичност у морској води [kg 2,4-D eq.]* Abiotic Depletion Potential Потенцијал абиотичког осиромашења ADP [kg Sb eq.] Human health criteria Air Критеријум за здравље људи [kg 2,4-D eq.] *DCB Дихлорбензен; С6Н6 Бензен; 2,4-D 2,4-Дихлорофеноксисирћетна киселина (C8H6Cl2O3) Методолошки приступ CML методе подразумева да се индикатори утицајних категорија изводе са што мање нумеричких итерација у односу на изворне податке из базе инвентара, те се потенцијал стаклене баште и оштећење озона израчунава према IPCC факторима [Heijungs et al., 1992]. Друга проблемно оријентисана метода, TRACI најзаступљенија је на Северно америчком континенту. Ова метода развијена је од стране Америчке агенције за заштиту животне средине US EPA, те се користе подаци углавном од извора из САД. Сматра се мање свеобухватном у односу на CML методу и 91

105 4. Дефинисање методологије истраживања подразумева нешто другачије јединице мере за поједине утицајне категорије у односу на CML методу, што је приказано на табели 4.2. Такође, за разлику од CML методе за потенцијале ацидификације и еутрофикације даје обрачун еколошких ефеката за ваздух и воде одвојено Метода Eco-indicator Метода Eco-indicator је штетно оријентисана методу за утврђивање еколошког утицаја животног циклуса, првобитно развијана као експериментална метода, први пут се појављује године. У садашњем облику формулисана је године и подразумева пондерисање утицаја ради разврставања у три категорије [Goedkoop & Spriensma, 2000]: -Штетни ефекти у односу на природне ресурсе -Штетни ефекти у односу на квалитет екосистема; -Штетни ефекту у односу на здравље људи; Ова метода подразумева другачији приступ вредновању еколошког утицаја. Наиме, уместо процене више утицајних категорија (попут глобалног загревања, ацидификације) циљ методе је да идентификује и пондерише последице наведених утицајних категорија. Нови методолошки приступ користи и друге јединице мере утицаја, те се осим MJ као јединице мере за губитак природних ресурса, уводи и следеће изведене јединице мере: -За штетне ефектне на квалитет екосистема јединица мере је PDFx(m 2) x(a). Oва мера представља потенцијал нестанка фракције неке врсте (PDF - Potentially Disappeared Fraction) на повржини од m 2 у току периода од једне године (annual). -За штетне ефекте у односу на здравље људи јединица мере је DALY. Ова јединица мере DALY 21 представља број изгубљених година живота по становнику, било због смрти или нарушеног квалитета живота (или инвалидности) услед болести. Предложени концепт стране Светске здравствене организације [Goedkoop et al., 2000]. DALY је утврђен од 21 DALY (Disability-Adjusted Life Years); DALY = YLD + YLL; DALY представља збир фактора година проживљених с инвалидитетом и изгубљених година живота. 92

106 4. Дефинисање методологије истраживања 4.4. Метода what if и анализа осетљивости Метода what if Метода What if најчешће се примењује за симулирање понашања циљно оријентисаних система, претпоставки одређених подухвата који јесу најчешће економски и пословни. У инжењерској пракси иста је слабије заступљена, мада се користи за испитивање сценарија опасности (од пожара, експлозија и др.) и управљање ризицима хаварија и отказа система. Може се сматрати и начином за симулирање резултата различитих сценарија на (суштински) различит начин од анализе осетљивости. Метода подразумева интензивно симулирање података ради испитивања понашања комплексних система под утицајем одређених хипотеза, тј. сценарија [Golfarelli et al., 2006]. За њено спровођење користе се софтверски алати, који углавном омогућавају следеће: Интерактивно ажурирање података Даје могућност кориснику да одреди важност претпоставке и посматра понашање система у зависности од изабраног сценарија Пружа подршку при дефинисању модела Пружа подршку при дефинисању хипотетичког сценарија модела Пружа подршку статистичком приступу оцењивања поузданости дефинисаних претпоставки. Рачунарска подршка за спровођење what if је све заступљенија, па и у основном облику доступна већ у широко заступљеном софтверском програму за рад са табелама МS Excel. У овом програму пружа се подршка обради и поређењу резултата изабраних сценарија. Поузданост методе као и код осталих метода зависи од поузданости података којима се располаже, али како је у питању статистичко-нумеричка метода, провера квалитета података није у домену саме методе. 93

107 4. Дефинисање методологије истраживања Анализа осетљивости Позиција анализе осетљивости у предметном истраживању није централна, већ је иста одређена као корективна метода провере добијених резултат и потврда истих кроз упоређење са референтним вредностима. Анализа осетљивости представља студију у којој се непоузданост резултата добијених из математичког модела или система повезује са утврђеним непоузданостима улазних података или претпоставки [Saltelli et al., 2008]. Користи се за проверу поузданости резултата, корективну подршку унапређења моделираног система, претрагу недостатака или грешака у систему или моделу, или поједностављење структуре система или модела. Може бити од користи и код процеса доношења одлука, тј. расуђивања и одлучивања. Такође, користи се и као алата за статистичко утврђивање граничних вредности система или модела, оптимизацију и фино подешавање - калибрацију. Чињеница да анализа осетљивости разматра резултате, указује на њену корективну сврху, на основу чега се суштински одређује разлика са методом симулирања сценарија - what if методом. 94

108 5. Процена животног циклуса 5. ПРОЦЕНА ЖИВОТНОГ ЦИКЛУСА У овом поглављу презентoвано је спровођење LCA студије за изабране машине логистичког пара за манипулацију с контејнерима на лучкомконтејнерском терминалу. За истраживање одређен је најзаступљенији логистички пар на контејнерском терминалу, РТГ дизалица и терминалски трактор. Конвенционални модели изабраног логистичког пара упоређени су са еколошким ефикасним алтернативима, међу којима су и примери машина нулте емисије. На тај начин, одређен је карактер студије, те је она компаративна LCA студија. Истраживање је спровeдено коришћењем софтверског алата GaBi 4.0 произвођача PE International уз поштовање правила серије стандарда ISO и ISO Циљ и област дефинисаности Приликом дефинисања циља студије, прво је неопходно образложити примену, сврху, циљну групу и примену компаративне анализе студије LCA. У спроведеној студији LCA примена је искључиво научна (академска). Циљ истраживања је утврђивање утицаја фаза животног циклуса логистичког пара РТГ дизалице и терминалског трактора на животну средину, потрошњу енергије и ресурса. Полази се од претпоставке да модели машина које су промовисане као еколошке или машине нулте емисије, или се априори сматрају као такви не могу бити подразумеване као еколошки ефикасне без спроведене LCA студије, која би те квалификације верификовала. Наиме, приликом промене система погона са мотора СУС на електричне системе погона, неопходно је узети у обзир и производњу електричне енергије. С друге стране, ако су еколошки ефекти у фази производње еколошких или машина нулте емисије изразито неповољни, намеће се питање да ли су потенцијално позитивни еколошки ефекти у осталим фазама довољни да компензују почетне еколошке недостатке новог технолошког решења. 95

109 5. Процена животног циклуса Сврха студије није јавно објављивање резултата (осим у делу обавезног излагања дисертације јавности), еколошко сертификовање, означавања или индустријска примера налаза студије. Јавно објављивање студије LCA [ISO 14040, 2006] подразумевало би и обавезе аутора према произвођачу софтверског алата и проширења у области дефинисаности чиме би економска захтевност студије многоструко превазишла могућности академског истраживања. Како не постоји економски наручилац истраживања престаје обавеза експерименталног мерења ради верификације добијених резултата, те критички преглед није неопходан [ISO 14044, 2006]. Настављајући на претходно и одређење циљне групе се захтева због дефинисања прецизности податакa. У случају да је сврха еколошко сертификовање или означавање производа, захтев за квалитетом због заштите потрошача је висока. Овде циљна група произилази из сврхе која је искључиво академска, те је она научна и академска јавност и заинтересовани за еколошка питања лучко-контејнерске тематике. Компаративна анализа LCA студије извршена је у делу упоређења резултата добијених из софтверског алата за компоненте машина логистичког пара са резултатима других истраживача, односно доступне литературе коју је могуће користити за компоненте које улазе у састав изабраних машина логистичког пара. Компоненте погона логистичког пара, попут мотора с унутрашњим сагоревањем, упоређене су са резултатима студија које су спроводили произвођачи из аутомобилске индустрије [Schweimer & Levin, 2006], [Renault, 2011], [Liu et al., 2013]. Како је употреба анализе интерног карактера, критички преглед и компаративна анализе нису неопходни. Област дефинисаности може се сматрати значајнијим делом LCA студије и њено одређење може утицати на ток истраживања. Приликом дефинисања циља студије, образлаже се функција производа, функционална јединица, дефинише се референтни ток, границе система и описује категоризација и селекција података. Из тог разлога област дефинисаности обрађена је детаљно у делу 5.2. Претпоставке LCA студије. 96

110 5. Процена животног циклуса 5.2. Претпоставке LCA студије Обзиром на значај области дефинисаности и повезаности са претпоставкама чије је формирање неизоставно код LCA студија сложених система овај део обрађен је посебно. Приликом усвајања претпоставки такође су поштована правила ISO у делу који подразумева да су исте изведене и изабране што транспарентније. Као интегрални део области дефинисаности претпоставке подразумевају и следеће: Избор модела логистичког пара (РТГ дизалице и терминалског трактора) који су предмет LCA студије Границе система логистичког пара Временски и просторни оквир животног циклуса логистичког пара Процес производње и монтаже и Сut-off критеријуме Претпоставке везане за дизел гориво и електричну енергију Функционалну јединицу логистичког пара o Функција РТГ дизалице и терминалског трактора o Функционална јединица o Радни циклуси o Рефернти токове енергије и материјала Процес рециклирања и одлагања Избор модела логистичког пара Уважавајући чињеницу и принцип методологије LCA која најчешће подразумева рад са моделима, поједностављење реалног света је уобичајено. Из тог разлога циљ није и не може бити обрађивање еколошке интеракције у апсолутном и непогрешивом смислу. Обзиром на рад са моделима, квалитет саме студије биће одређен и квалитетом дефинисања модела објекта истраживања и степеном детаљности (подробност, исцрпност излагања). У поступку дефинисања модела који ће бити испитан LCA студијом усвојени су одређени критеријуми који су у извесним захтевима и строжи од оних 97

111 5. Процена животног циклуса дефинисаних међународном серијом ISO стандарда. Интерни критеријуми спроведене LCA студије са циљем за извођење закључака за потребе предметне дисертацију су следећи: Усвојени модели објекта студије морају бити суштински идентични или врло слични типу машине која постоји у реалној експлоатацији, до границе прихватљиве са стране заштите ауторских права и интелектуалне својине произвођача машина које су коришћене за формирање модела; Радни циклуси усвојених модела објеката студије обављају се у моделираном окружењу по угледу на контејнерски терминал из реалног света, до границе прихватљиве са стране заштите поверљивости података и интелектуалне својине; Приликом усвајања модела машина за LCA студију, изабране су машине које су у највећем проценту заступљене на готово свим контејнерским терминалима на свету. У последње две декаде, инвентар возила на контејнерском терминалу неизоставно укључује терминалски тракторе, док је РТГ дизалица заступљена у преко 90% случајева [Böse, 2011], [Brinkmann, 2011], [Pavlič, et al., 2014], [Sapiña et al., 2014]. Ниједна од две набројане машине није у могућности да се користи у целости аутономно, те приликом планирања рада терминала оне представљају логистички пар. Из тог разлога истраживање је обављено за обе машине Модел РТГ дизалице Усваја се модел конвенционалне контејнерске РТГ дизалице носивости 40 тона из које се изводе још два модела РТГ дизалице: хибридна електро-дизел РТГ дизалица и електрична РТГ дизилица (E-РТГ дизалица). Основни модел из кога су изведене модерне алтернативе, представља конвенционална РТГ дизалица чије карактеристике одговарају типовима дизалица уведених у експлоатацију у периоду до године. 98

112 Погон Перформансе Димензија и маса 5. Процена животног циклуса Слика 5.1. Модел РТГ дизалице Табела 5.1. Карактеристике РТГ дизалица Опис карактеристика РТГ дизалице Висина РТГ дизалица Хибридна РТГ дизалица Е-РТГ дизалица 24 m 24 m 24 m Ширина 26 m 26 m 26 m Дужина 12 m 12 m 12 m Траг точкова 23 m 23 m 23 m Маса дизалице kg Висина дизања испод спредера 18 m 18 m 18 m Ширина између портала 22 m 22 m 22 m Распон портала 25 m 25 m 25 m Распон осовина 8 m 8 m 8 m Распон кретања колица 18 m 18 m 18 m Број контејнера испод спредера Број контејнера између портала Носивост Максимално оптерећење по точку Брзина дизања спредера Брзина кретања дизалице Брзина кретања колица Врста погона kg kg Оптерећен 30 m/min / Празан 60 m/min 130 m/min 70 m/min Дизел агрегат, генератор Електромотор Радна запремина 15 l 12 l Помоћни дизел 9 l Снага мотора 480 kw 300 kw 650 kva kw Запремина резервоара за гориво 1250 l 1000 l 250 l Капацитет ултракондензатора kwh - 99

113 5. Процена животног циклуса Усвојени основни модел РТГ дизалице има осам осовина и шеснаест точкова с пнеуматицима. Код конвенционалне дизалице за енергетско снабдевање користи се дизел мотор радне запремине 15l и снаге 480 kw који служи као генератор електричне енергије. Претпоставка је да је за хибридну РТГ дизалицу уграђен агрегат мање радне запремине од 12l и снаге 300 kw, али и систем за рекуперацију енергије са ултракондезатором капацитета од 1.5 kwh. Код Е-РТГ дизалице електрична енергија се преноси са електромреже, а дизел агрегат се користи као помоћни извор енергије приликом премештања дизалице између контејнерски складишта или ремонта дизалице. Радна запремина помоћног дизел агрегата Е-РТГ дизалице је 9l, а снага 180 kw Модел терминалског трактора Усваја се модел терминалских трактора из којег се изводе још три модела терминалског трактора. Еколошке алтернативе су хидраулично-хибридни трактор, електрично-хибридни трактор и електрични трактор. Основни модел из кога су изведене модерне алтернативе, представља терминалски трактор чије карактеристике одговарају типовима трактора који су у широј експлоатацији од године. Иако је карактеристично да је међуосовински размак код електричних терминалских трактора већи од конвенционалних, ради поједностављења усвојена је идентична шасија и међуосовински размак за све моделе трактора. Конвенционални трактор, као и хибридне алтернативе погоњени су идентичним дизел моторима радне запремине 6,7 l и снаге 150 kw по угледу на моторе који се иначе уграђују у терминалске тракторе. Карактеристике усвојеног модела сличне су агрегатима Cummins серије ISB/QSB и Mercedes-Benz серије ОМ934/6. Код електричног трактора претпостављена је уградња литијумских батерија капацитета 200 kwh, а код хибридног електричног капацитет батерија је 5 kwh. За хидраулични хибридни трактор усвојена је уградња два резервоара (ниског и високог притиска) до 400 bar и хидрауличне пумпе снаге 150 kw у паралелној вези с трансмисијом. 100

114 5. Процена животног циклуса Слика 5.2. Модел терминалског трактора (приказ бр.1) Слика 5.3. Модел терминалског трактора (приказ бр.2) 101

115 Перформансе Погонска група Димензија и маса 5. Процена животног циклуса Табела 5.2. Карактеристике терминалских трактора Опис карактеристика терминалског трактора Дужина Терминалски трактор Хидраулични хибридни ТТ Електрични хибридни ТТ Електрични Т. Трактор 5,5 m 5,5 m 5,5 m 5,5 m Ширина 2,5 m 2,5 m 2,5 m 2,5 m Висина 3,2 m 3,2 m 3,2 m 3,2 m Међуосовински размак 3,4 m 3,4 m 3,4 m 3,4 m Траг точкова 1,9 m (предњи) / 1,85 m (задњи) Маса трактора kg kg kg kg Укупна маса скупа возила kg kg kg kg Врста погона Радна запремина Дизел Дизел + пумпа Број цилиндара дизел мотора 6 6,7 l Дизел + Е. мотор Електромотор Снага мотора 150 kw 150 kw 150 kw - Снага електромотора kw 200kW Снага хидрауличног система 150 kw - - Обртни момент 800 Nm 800 Nm 800 Nm 750 Nm Електронапон V 300 V Запремина резервоара за гориво Капацитет батерија (резервоара) Пренос снаге 200 l - - (400 bar) 5 kwh 200 kwh Аутоматска трансмисија са претварачем обртног момента Максимална брзина 45 km/h Максимални успон 10% Осовинско оптерећење Дозвољена маса полуприколице Вертиклано оптерећење седла предње kg / задње kg kg kg kg kg Брзина пуњења батерија h - 8 h 102

116 5. Процена животног циклуса Границе система Животни циклус изабраних модела логистичког пара дели се на четири фазе. На тај начин обухватају се све фазе животног циклуса и умањује поједностављење које код компаративних анализа може довести до непоузданости резултата и погрешних закључака. Наиме, најједноставнији поступак је извођење студије само за појединачне фазе. На пример, само испитивање фазе производње машина или фазе употребе. Код LCA студија где се узима у обзир цео животни циклус подела је најчешће на три фазе: фазу производње, употребе и одлагања. Граница система животног циклус за претпостављене моделе машина логистичког пара приказана је на слици 5.4. и подељена је на следеће фазе: Фаза производње машина од колевке до врата (Cradle-to-Gate) Фаза производње горива и електричне енергије од извора до резервоара (Well-to-Tank) Фаза употребе и одржавања машина (Use phase) Фаза одлагања и рециклаже машина (End-of-Life) 103

117 5. Процена животног циклуса Cradle to grave Транспорт машина Сировине и енергија Фаза I: од колевке до врата Сировине Пратећи токови материјала Припрема Енергија Производња машина Gate to gate Cradle to gate Фаза II: Производња енергије и горива Well to Tank Дизел гориво Ел. енергија Одржавање машина и замена батерија Фаза III: Употреба машина Use phase Фаза IV: Одлагање и Рециклажа End-of-Life Рециклирани материјали и енергија Емисије Емисије Сировине Емисије Емисије Слика 5.4. Границе система логистичког пара 104

118 5. Процена животног циклуса Временски и географски оквир Дефинисањем претпоставки везаних за време и простор заокружује се место и време животног циклуса изабраног модела логистичког пара. Исти је у корелацији са утицајима који произилазе из свих фаза: од производње, логистичког снабдевања, последицама експлоатације и одржавања, преко одлагања и рециклаже. У овом случају законодавни оквир није укључен у студију јер нису усвојене претпоставке које утичу на фазе животног циклуса. Ово је значајно јер ако је законом у некој држави за коју је изабрано место екслоатације машине обавезна замена компоненти после неког периода, то треба уврстити у LCA студију. На пример, ако је неопходна замена инсталације за гас на возилу сваких 5 година, а животни век возила траје 15 година. Претпоставкама везаним за географски оквир усвојена је локација контејнерског терминала, као места коришћења машина логистичког пара. Усвојено је да се иста налази на обали Јадранског мора, у непосредној близини урбаног окружења с популацијом од становника. Остали подаци везани за географски оквир представљају сублимацију места екстракције сировина, производње компонената и финалног склапање машина логистичког пара. Технолошки контекст односи се на дефинисање технологије којој машине логистичког пара као модели припадају. Сагласно наведеном, производња основног модела је општеприхваћена и раније развијена технологија, док електрични и хибридни модели, представљају еколошке алтернативе које припадају новим технологијама (које су) у раној или средњој фази технолошког развоја. 105

119 5. Процена животног циклуса Географски оквир Европа Азија Америка Развој машина Екстракција сировина Производња мотора СУС и трансмисије Произвдоња батерија и кондензатора Производња портала, шасије и монтажа Произвдоња батерија Екстракција сирове нафте Производња дизел горива и електричне енергије Фаза употребе (експлоатација и одржавање машина) Рециклажа батерија Рециклажа терминалског трактора Рециклажа РТГ дизалице Временски оквир Слика 5.5. Временски и географски оквир животног циклуса Временским оквиром дефинише се генерација производње логистичког пара, дужина трајања производње, период производње горива и ел. енергије за фазу употребе машина, употреба и одржавање машина и крај животног циклуса. Из тог разлога временски контекст животног циклуса машина може бити дужи од радног века машине. Наиме, пре почетка производње постоји период технолошког развоја који може трајати неколико година. У пракси LCA није дефинисано као обавезно одређивање овог периода, али ако се спомиње временски контекст пожељно је да се овај период опише или евидентира [Renault, 2011]. 106

120 5. Процена животног циклуса Производња машина логистичког пара Завршна монтажа машина усвојена је на локацији минималне удаљености од лучког-контејнерског терминала, односно обале Јадранског мора. Тачније, за РТГ дизалицу финална монтажа обавља се на самом лучком терминалу (пример као са слике 5.6). У стварној пракси, разуђеност произвођача РТГ дизалица и терминалских трактора је велика. Најчешће заступљени су произвођачи РТГ дизалица и терминалских трактора из САД, Кине и Европске уније 22. Најзаступљенији произвођачи дизел-генератора за РТГ дизалице и дизел мотора за терминалске тракторе су из САД, те је усвојено да је произвођач дизел мотора из САД, а литијумских батерија из Кине. Слика 5.6. Пример процеса усправљања РТГ дизалице на терминалу С обзиром да еколошки утицај транспорта компоненти РТГ дизалица од места производње до места монтаже је далеко мањи од cutt-off критеријума, исти се може занемарити, те је само описан. Претпоставке у делу логистике производње подразумевају да све компоненте које се допремају из једне земље потичу од истог добављача. За компенте из САД усвојено је да се допремају са источне обале, док превоз до места склапања је искључиво бродски, што важи и за компоненте које су од добављача из Кине (литијумске батерије). 22 Међу познатијим произвођачима РТГ дизалица су: Zhenhua Port Machinery Company-ZPMC (Кина), Cargotec, Konecranes (Финска/САД)и Liebherr (Швајцарска/Немачка); Међу познатијим произвођачима терминалских трактора су: Kalmar Ottawa, Тico (САД), Terberg (Холандија), Sinotruk (Кина). 107